les plantes stressées envoient un signal d’alerte

Les ingénieurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology, USA)  peuvent suivre de près la façon dont les plantes réagissent aux contraintes en utilisant des capteurs en nanotubes de carbone.

Les ingénieurs du MIT ont développé un moyen de suivre de près la façon dont les plantes réagissent aux contraintes telles que les blessures, les infections et les dommages légers, à l’aide de capteurs en nanotubes de carbone. Ces capteurs peuvent être intégrés dans les feuilles des plantes, où ils rendent compte des ondes de signalisation du peroxyde d’hydrogène.

Les capteurs distinguent différents types de stress

Les plantes utilisent le peroxyde d’hydrogène pour communiquer au sein de leurs feuilles, envoyant un signal de détresse qui stimule les cellules foliaires à produire des composés qui les aideront à réparer les dommages ou à repousser les prédateurs tels que les insectes. Les nouveaux capteurs peuvent utiliser ces signaux de peroxyde d’hydrogène pour faire la distinction entre différents types de stress, ainsi qu’entre les différentes espèces de plantes.

« Les plantes ont une forme de communication interne très sophistiquée, que nous pouvons maintenant observer pour la première fois. Cela signifie qu’en temps réel, nous pouvons voir la réponse d’une plante vivante, communiquant le type spécifique de stress qu’elle subit », explique Michael Strano, professeur de génie chimique Carbon P. Dubbs au Massachusetts Institute of Technology (MIT).

De nouvelles stratégies pour améliorer les rendements des cultures

Ce type de capteur pourrait être utilisé pour étudier comment les plantes réagissent aux différents types de stress, ce qui pourrait aider les agronomes à développer de nouvelles stratégies pour améliorer les rendements des cultures. Les chercheurs ont démontré leur approche dans huit espèces végétales, et ils croient que cela pourrait marcher  dans de nombreuses autres.

Les chercheurs ont testé des fraisiers, des épinards, de la roquette, de la laitue, du cresson et de l’oseille, et ont constaté que les différentes espèces semblent produire différentes formes d’onde – la forme distinctive produite en cartographiant la concentration de peroxyde d’hydrogène au fil du temps. Ils émettent l’hypothèse que la réponse de chaque plante est liée à sa capacité à contrer les dommages. Chaque espèce semble également réagir différemment selon le type de stress, y compris les blessures mécaniques, les infections et les dommages causés par la chaleur ou la lumière.

« Cette forme d’onde contient beaucoup d’informations pour chaque espèce, et encore plus excitant est que le type de stress sur une plante donnée est codé dans cette forme d’onde », explique Strano. « Vous pouvez voir la réponse en temps réel qu’une plante ressent dans presque tous les nouveaux environnements. »

Caméra infrarouge connectée à un framboise Pi

La fluorescence infrarouge produite par les capteurs peut être imagée à l’aide d’une petite caméra infrarouge connectée à un Raspberry Pi, un ordinateur de la taille d’une carte de crédit similaire à l’ordinateur à l’intérieur d’un smartphone. « Une instrumentation très peu coûteuse peut être utilisée pour capturer le signal », explique Strano.

Les applications de cette technologie comprennent le criblage de différentes espèces de plantes pour leur capacité à résister aux dommages mécaniques, à la lumière, à la chaleur et à d’autres formes de stress, explique Strano. Il pourrait également être utilisé pour étudier comment différentes espèces réagissent aux agents pathogènes, tels que les bactéries qui provoquent le verdissement des agrumes et le champignon qui cause la rouille du café.

« L’une des choses que je souhaite faire est de comprendre pourquoi certains types de plantes présentent une certaine immunité contre ces agents pathogènes et d’autres non », dit-il.

Fermes urbaines

Strano et ses collègues du groupe de recherche interdisciplinaire Disruptive and Sustainable Technology for Agricultural Precision de l’Alliance Singapour-MIT pour la recherche et la technologie (SMART), l’entreprise de recherche du MIT à Singapour, sont également intéressés à étudier comment les plantes répondent aux différentes conditions de croissance dans les fermes urbaines.

Évitement de l’ombre

Un problème qu’ils espèrent résoudre est l’évitement de l’ombre, qui est observé dans de nombreuses espèces de plantes lorsqu’elles sont cultivées à haute densité. Ces plantes activent une réponse au stress qui détourne leurs ressources pour grandir au lieu de mettre de l’énergie dans les cultures productives. Cela réduit le rendement global des cultures, de sorte que les chercheurs agricoles sont intéressés par les usines d’ingénierie afin de ne pas activer cette réponse.

« Notre capteur nous permet d’intercepter ce signal de stress et de comprendre exactement les conditions et les mécanismes qui se produisent en amont et en aval dans la plante qui provoquent l’évitement de l’ombre », explique Strano