Par le passé, nous avons écrit sur des recherches qui montraient que les plantes réduisaient mieux le compactage du sol que les sous-soleuses. Mais comment peuvent-ils faire cela ? Eh bien, l'histoire d'aujourd'hui nous donne la réponse avec l'aimable autorisation des chercheurs de l'Université Duke. Merci à Robin Smith et Véronique Koch pour cette excellente histoire ! Assurez-vous de regarder les racines danser dans la vidéo 1:12 à la fin de l'histoire.
Les chercheurs de Duke ont étudié quelque chose qui se produit trop lentement pour que nos yeux puissent le voir. Une équipe en biologiste Philip Benfey ’ Le laboratoire voulait voir comment les racines des plantes s'enfouissent dans le sol. Ils ont donc installé un appareil photo sur des graines de riz germées dans un gel transparent, prenant une nouvelle photo toutes les 15 minutes pendant plusieurs jours après la germination.
Lorsqu'ils ont rejoué leurs images à 15 images par seconde, comprimant 100 heures de croissance en moins d'une minute, ils ont vu que les racines de riz utilisent une astuce pour prendre pied dans le sol :leurs pointes de croissance font des mouvements de tire-bouchon, se tortillant et s'enroulant dans un chemin hélicoïdal.
En utilisant leurs séquences accélérées, ainsi qu'un robot ressemblant à une racine pour tester des idées, les chercheurs ont obtenu de nouvelles connaissances comment et pourquoi les pointes des racines des plantes tournent au fur et à mesure qu'elles grandissent.
Le premier indice est venu d'autre chose que l'équipe a remarqué :certaines racines ne peuvent pas faire la danse du tire-bouchon. Le coupable, ont-ils découvert, est une mutation dans un gène appelé HK1 qui les fait pousser directement vers le bas, au lieu de tourner en rond et de serpenter comme le font les autres racines.
L'équipe a également noté que les racines mutantes poussaient deux fois plus profondément que les racines normales. Ce qui a soulevé une question :"Que fait la croissance typique de la pointe en spirale pour la plante ?" dit Isaiah Taylor , associé postdoctoral dans le laboratoire de Benfey à Duke.
Les mouvements sinueux dans les plantes étaient "un phénomène qui fascinait Charles Darwin", il y a même 150 ans, a déclaré Benfey. Dans le cas des pousses, il y a une utilité évidente :l'enroulement et l'encerclement facilitent la prise en main lorsqu'ils montent vers la lumière du soleil. Mais comment et pourquoi cela se produit dans les racines était plus un mystère.
Selon les chercheurs, la germination des graines représente un défi. Pour survivre, la première petite racine qui émerge doit ancrer la plante et sonder vers le bas pour aspirer l'eau et les nutriments dont la plante a besoin pour pousser.
Ce qui les a fait réfléchir :peut-être que dans les racines, cette croissance en spirale est une stratégie de recherche – un moyen de trouver la meilleure voie à suivre, a déclaré Taylor.
Dans des expériences réalisées dans le laboratoire du professeur de physique Daniel Goldman à Georgia Tech, des observations de racines de riz normales et mutantes poussant sur une plaque en plastique perforée ont révélé que les racines en spirale normales étaient trois fois plus susceptibles de trouver un trou et de pousser de l'autre côté.
Collaborateurs de Georgia Tech et de l'Université de Californie, Santa Barbara a construit un robot souple et flexible qui se déploie à partir de son extrémité comme une racine et le lâche dans un parcours d'obstacles composé de piquets espacés de manière inégale.
Pour créer le robot, l'équipe a pris deux tubes en plastique gonflables et les a imbriqués l'un dans l'autre. La modification de la pression d'air a poussé le tube intérieur souple de l'intérieur vers l'extérieur, ce qui a allongé le robot à partir de la pointe. La contraction de paires opposées de "muscles" artificiels a fait plier la pointe du robot d'un côté à l'autre au fur et à mesure de sa croissance.
Même sans capteurs ou commandes sophistiqués, la racine robotique était toujours capable de franchir les obstacles et de trouver un chemin à travers les piquets. Mais lorsque la flexion latérale s'est arrêtée, le robot s'est rapidement retrouvé coincé contre un piquet.
Enfin, l'équipe a cultivé des graines de riz normales et mutantes dans un mélange de terre utilisé pour les terrains de baseball, pour les tester sur les obstacles qu'une racine rencontrerait réellement dans le sol. Effectivement, alors que les mutants avaient du mal à prendre pied, les racines normales avec des pointes en spirale ont pu percer.
La croissance en tire-bouchon de l'extrémité d'une racine est coordonnée par l'auxine, une hormone végétale, une substance de croissance qui, selon les chercheurs, peut se déplacer autour de l'extrémité d'une racine en croissance selon un schéma en forme de vague. L'accumulation d'auxine d'un côté de la racine fait que ces cellules s'allongent moins que celles de l'autre côté, et l'extrémité de la racine se plie dans cette direction.
Les plantes porteuses de la mutation HK1 ne peuvent pas danser en raison d'un défaut dans la façon dont l'auxine est transportée de cellule en cellule, ont découvert les chercheurs. Bloquez cette hormone et les racines perdent leur capacité à tournoyer.
Ce travail aide les scientifiques à comprendre comment les racines poussent dans un sol dur et compact.
Ce travail a été soutenu par une subvention de la National Science Foundation (PHY-1915445, 1237975, GRFP-2015184268), du Howard Hughes Medical Institute, de la Gordon and Betty Moore Foundation (GBMF3405), du Foundation for Food and Agricultural Research (534683), les National Institutes of Health (GM122968) et la Dunn Family Professorship.
CITATION :« Mécanisme et fonction de la circonférence racinaire », Isaiah Taylor, Kevin Lehner, Erin McCaskey, Niba Nirmal, Yasemin Ozkan-Aydin, Mason Murray-Cooper, Rashmi Jain, Elliot W. Hawkes, Pamela C. Ronald, Daniel I. Goldman, Philip N. Benfey. Actes de l'Académie nationale des sciences, 19 février 2021. DOI : 10.1073/pnas.2018940118
https://today.duke.edu/2021/02/time-lapse-reveals-hidden-dance-roots
