De nouveaux composés pour garder les plantes fraîches

Une équipe de scientifiques de l’Université de Nagoya a découvert de nouveaux composés capables de contrôler les mouvements stomatiques des plantes. Certains des composés ont montré qu’ils empêchent les feuilles de sécher et suppriment le flétrissement lorsqu’elles sont pulvérisées sur des feuilles de rose et d’avoine. Des recherches plus approfondies pourraient mener à la mise au point de nouveaux composés pouvant servir à prolonger la fraîcheur des fleurs coupées et des bouquets de fleurs, à réduire les coûts de transport des plantes et à être utilisés comme agents de résistance à la sécheresse pour les cultures.

Un groupe de biologistes végétaux et un chimiste de l’Institut des Biomolécules Transformatives (ITbM) de l’Université de Nagoya et de l’Université Tohoku, ont utilisé le criblage chimique pour découvrir de nouveaux composés capables de contrôler les mouvements stomatiques des plantes, selon une étude publiée dans la revue  Physiologie végétale et cellulaire .Ils ont réussi à trouver des composés présentant une activité de fermeture des stomates, qui devraient être utiles pour la tolérance à la sécheresse pour supprimer le dépérissement des plantes, ainsi que l’ouverture des stomates, ce qui conduirait à une absorption accrue de dioxyde de carbone. Cette étude explore une nouvelle approche chimique qui ne repose pas sur des méthodes génétiques classiques pour réguler les ouvertures stomatiques chez les plantes.

Les stomates sont de petits pores présents à la surface des plantes, y compris les feuilles, les pétales de fleurs et d’autres organes, et sont responsables de l’échange gazeux avec l’atmosphère. Grâce à ces pores, les plantes absorbent le dioxyde de carbone nécessaire à la photosynthèse et libèrent de l’eau par transpiration, ce qui favorise l’assimilation des nutriments par les racines. Par conséquent, la régulation des ouvertures stomatiques est essentielle pour la croissance des plantes ainsi que la survie en réponse à diverses conditions environnementales.

Les stomates consistent en une paire de cellules de garde et s’ouvrent en réponse à la lumière bleue du soleil. L’ouverture des stomates conduit à l’absorption du dioxyde de carbone, ce qui explique pourquoi la photosynthèse se produit pendant la journée. Lorsque les plantes sont dans des conditions d’obscurité et / ou de stress hydrique, une hormone végétale, l’acide abscissique (ABA), est biosynthétisée et induit la fermeture des stomates. Les stomates sont fermés pendant la nuit pour éviter la perte d’eau de la plante.

Lorsque les cellules de garde dans les stomates détectent la lumière bleue, le photorécepteur, la phototropine est activée et induit une signalisation dans la cellule. À la suite de la signalisation, l’enzyme, la pompe à protons de la membrane plasmique (PM H + -ATPase) est activée, conduisant à l’absorption d’ions de potassium. Cela déclenche l’absorption d’eau et le gonflement des cellules qui ouvrent les stomates. Bien que l’activation de la PM H + -ATPase soit connue pour être importante pour l’ouverture des stomates, le mécanisme complet de l’ouverture des stomates doit encore être clarifié.

« Comme nous étions intéressés à révéler le mécanisme de l’ouverture stomatique, nous avons décidé d’utiliser une bibliothèque chimique pour explorer les molécules qui affectent l’ouverture stomatique », explique le professeur Toshinori Kinoshita, biologiste végétal à l’ITbM et leader de cette étude. « Nous avons commencé cette recherche en 2014, et nous étions désireux d’utiliser une approche basée sur la chimie à la place des techniques génétiques classiques afin de surmonter les inconvénients tels que la létalité et la redondance des gènes. Nous avons pensé que l’utilisation de composés pour réguler les mouvements stomatiques permettra le développement de produits agrochimiques.  »

ITbM, qui a officiellement débuté en 2013, dispose d’une bibliothèque chimique gérée par le Dr. Ayato Sato, constitués de composés commerciaux et de composés synthétisés par les chimistes de l’ITbM. Kinoshita a considéré que c’était une bonne opportunité pour commencer une nouvelle approche.

En utilisant l’espèce Commeline du Benghal (Commelina benghalensis)  comme plante modèle, le Dr. Shigeo Toh, M. Shinpei Inoue et le Dr. Yosuke Toda ont établi des conditions expérimentales pour étudier plus de 20 000 composés. Ils ont réussi à trouver des composés touchés après une année de dépistage aléatoire de la bibliothèque chimique. Cela inclut 9 composés qui suppriment l’ouverture stomatique induite par la lumière de plus de 50%, et 2 composés qui induisent l’ouverture des stomates même dans l’obscurité.

« La clé de cette recherche était de filtrer et de trouver les composés les plus efficaces possible à partir d’un vaste pool de composés », décrit Kinoshita.

Une analyse plus approfondie des SCL1 et SCL2 a révélé qu’ils inhibent les composants de signalisation entre le récepteur de phototropine et l’enzyme PM H + -ATPase, inhibant ainsi l’activation de la PM H + -ATPase induite par la lumière et entraînant la suppression de l’ouverture stomatique.

Les chercheurs ont également pulvérisé SCL1 sur des feuilles de rose et d’avoine et ont constaté que le flétrissement des feuilles a été supprimé avec succès pendant une certaine période de temps.

« Ce fut le meilleur moment de notre recherche, pour constater que les molécules que nous avions découvertes avaient un effet sur la suppression du dépérissement des feuilles », dit Kinoshita. « Le fait que ces composés induisent une fermeture stomatique par un mécanisme différent de l’hormone végétale, l’ABA est important. »

En plus de son effet de fermeture stomatique en réponse au stress dû à la sécheresse, l’ABA est également connu pour être un inhibiteur de la germination des graines et de la croissance des plantes. Bien que l’ABA et ses dérivés soient actuellement développés comme réactifs pour induire la tolérance à la sécheresse des plantes, leurs effets secondaires ont été un problème. SCL1 montre actuellement avoir un effet uniquement sur la fermeture des stomates, donc l’équipe considère que c’est un bon point de départ pour le développement de nouveaux réactifs pour la tolérance à la sécheresse. Ils considèrent que ces types de composés seraient utiles pour garder les fleurs coupées fraîches et aussi pour réduire les coûts de transport, simplement en pulvérisant les composés sur les plantes.

« Nous espérons être en mesure de trouver des partenaires pour travailler sur l’élucidation du mécanisme d’ouverture des stomates et développer des composés qui peuvent être appliqués pour la tolérance à la sécheresse de diverses plantes, y compris les grandes cultures et fleurs », dit Kinoshita.