Morphologie des cellules végétales : mystérieux puzzle
Communication de presse, UniversitĂ© Ć˝ĚŘÎ岻ÖĐ - 8 aoĂ»t 2019
La pectine et la cellulose pourraient jouer un rôle dans le mécanisme moléculaire régissant la morphologie des cellules végétales
En dĂ©couvrant la mĂ©canique et le mĂ©canisme molĂ©culaire qui dictent la forme des cellules vĂ©gĂ©tales, une Ă©quipe de chercheurs de l’UniversitĂ© Ć˝ĚŘÎ岻ÖĐ a partiellement levĂ© le voile sur les processus fondamentaux qui rĂ©gissent la formation des tissus dans les organismes multicellulaires.
Les cellules qui composent les plantes se présentent sous une grande variété de formes et de tailles étroitement liées à la fonction d’un tissu donné.
« Le tissu photosynthĂ©tique qui tapisse l’intĂ©rieur d’une feuille possède une structure spongieuse faite de cellules en forme d’étoiles qui facilite le passage de l’oxygène et du dioxyde de carbone. Pour sa part, l’épiderme de la feuille est composĂ© d’une couche plane de cellules plates intimement liĂ©es les unes aux autres qui ne laisse rien passer, sauf par des ouvertures bien dĂ©finies. Mais Ă vrai dire, nous ne savions pas comment ces formes Ă©tonnamment variĂ©es prenaient naissance », explique Anja Geitmann, professeure et doyenne de la FacultĂ© des sciences de l’agriculture et de l’environnement de Ć˝ĚŘÎ岻ÖĐ.
Partant du principe que les organismes biologiques sont soumis à des lois physiques, la Pre Geitmann et ses collègues ont eu recours à des principes d’ingénierie pour simuler par ordinateur les pressions et les forces nécessaires pour donner une certaine forme à une cellule végétale.
« Dans une cellule végétale, la pression est habituellement supérieure à celle qui règne dans un pneu de voiture, précise la Pre Geitmann. On peut comparer la croissance d’une cellule de plante au gonflement d’un ballon en caoutchouc. Nous nous sommes donc posé la question suivante : si c’est la pression qui stimule la croissance d’une cellule végétale, comment est-il possible d’obtenir un ballon (ou une cellule) qui n’est pas sphérique, mais qui a plutôt la forme d’une pièce de puzzle, comme les cellules épidermiques d’une feuille. »
Les prédictions découlant des simulations ont servi de point de départ à la découverte des structures biologiques qui déterminent la forme d’une cellule.
Dans le cadre d’études publiées récemment dans les revues et , l’équipe a fait appel à la biologie cellulaire et à la microscopie haute résolution pour démontrer que deux molécules bien connues – la cellulose, matière utilisée dans la fabrication de textiles, et la pectine, substance gélatineuse qui entre dans la composition de la confiture – jouent un rôle crucial dans le modelage des cellules épidermiques d’une feuille.
« Nos résultats indiquent que la mécanique des cellules épidermiques d’une feuille est semblable à celle des ballons Mylar, explique la Pre Geitmann. Contrairement à un ballon en caoutchouc, qui devient une sphère parfaite, le ballon Mylar forme des plis au niveau des joints. Nous croyons que la même chose se produit dans les cellules d’une feuille; ces plis pourraient bien être à l’origine de la forme en pièce de puzzle des cellules épidermiques. »
La Pre Geitmann croit que la mécanique donnant à une cellule de feuille sa forme distincte ressemble au processus de modelage d’autres types de cellules végétales.
Son équipe essaie maintenant de déterminer pourquoi la « peau » d’une feuille possède une morphologie si complexe en forme de puzzle.
« Nous croyons que les plantes ont évolué de cette façon pour que les feuilles résistent mieux aux contraintes mécaniques destructrices, et nous procédons à des exercices de modélisation et à des essais expérimentaux pour le prouver. La science est en train de résoudre le puzzle de la vie, lentement, une pièce à la fois », conclut-elle.
Cette étude a été financée par une subvention à la découverte du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et par le Programme des chaires de recherche du Canada.
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