Comment les plants de tomates utilisent leurs racines pour rationner l’eau en période de sécheresse

Les plantes doivent être flexibles pour survivre aux changements environnementaux, et les méthodes d’adaptation qu’elles déploient doivent souvent être aussi changeantes que les changements climatiques et les conditions auxquelles elles s’adaptent. Pour faire face à la sécheresse, les racines des plantes produisent un polymère hydrofuge appelé subérine qui empêche l’eau de remonter vers les feuilles, où elle s’évaporerait rapidement. Sans subérine, la perte d’eau qui en résulterait équivaudrait à laisser le robinet couler.

Dans certaines plantes, la subérine est produite par les cellules endodermiques qui tapissent les vaisseaux à l'intérieur des racines. Mais dans d’autres, comme les tomates, la subérine est produite dans les cellules exodermiques situées juste sous la peau de la racine.

Le rôle de la subérine exodermique est inconnu depuis longtemps, mais une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université de Californie à Davis, publiée le 2 janvier dans Plantes naturelles montre qu'elle remplit la même fonction que la subérine endodermique et que sans elle, les plants de tomates sont moins capables de faire face au stress hydrique. Ces informations pourraient aider les scientifiques à concevoir des cultures résistantes à la sécheresse.

“Cela ajoute la subérine exodermique à notre boîte à outils pour aider les plantes à survivre plus longtemps et à faire face à la sécheresse”, a déclaré Siobhan Brady, professeur au département de biologie végétale et au centre du génome de l'UC Davis, et auteur principal de l'article. “C'est presque comme un puzzle : si vous pouvez déterminer quelles cellules ont des modifications qui protègent la plante dans des conditions environnementales difficiles, vous pouvez commencer à vous poser des questions telles que : si vous construisez ces défenses les unes sur les autres, est-ce que cela rend la plante plus résistante ? plus forte?”

Dans la nouvelle étude, le chercheur postdoctoral Alex Cantó-Pastor a travaillé avec Brady et une équipe internationale de collaborateurs pour découvrir le rôle de la subérine exodermique et cartographier les voies génétiques qui régulent sa production.

Combiner les méthodes nouvelles et classiques

“C'est vraiment la fusion de méthodologies classiques et de pointe qui nous permet d'observer à la fois le processus qui se produit dans une cellule individuelle et ce que l'on voit dans l'ensemble de la plante”, a déclaré Brady. “Donc, passer de super petit à vraiment, vraiment grand.”

Brady, Cantó-Pastor et leurs collègues ont commencé par identifier tous les gènes activement utilisés par les cellules exodermiques des racines. Ensuite, ils ont effectué une édition génétique pour créer des souches mutantes de plants de tomates dépourvues de versions fonctionnelles de plusieurs gènes qu'ils soupçonnaient d'être impliqués dans la production de subérine. Ils ont découvert sept gènes nécessaires au dépôt de subérine.

Ensuite, les chercheurs ont testé le rôle de la subérine exodermique dans la tolérance à la sécheresse en exposant certains plants de tomates mutantes à une sécheresse de dix jours. Pour ces expériences, les chercheurs se sont concentrés sur deux gènes : SIASFT, une enzyme impliquée dans la production de subérine et SlMYB92, un facteur de transcription qui contrôle l'expression d'autres gènes impliqués dans la production de subérine.

Les expériences ont confirmé que les deux gènes sont nécessaires à la production de subérine et que sans eux, les plants de tomates sont moins capables de faire face au stress hydrique. Les plantes mutantes ont poussé aussi bien que les plantes normales lorsqu'elles ont été bien arrosées, mais sont devenues beaucoup plus fanées après dix jours sans eau.

“Dans les deux cas où il y a des mutations dans ces gènes, les plantes sont plus stressées et ne sont pas capables de répondre aux conditions de sécheresse”, a déclaré Brady.

Après avoir démontré la valeur de la subérine en serre, les chercheurs prévoient désormais de tester le potentiel de résistance à la sécheresse de la subérine sur le terrain.

“Nous avons travaillé sur cette découverte et l'avons appliquée sur le terrain pour essayer de rendre les tomates plus résistantes à la sécheresse”, a déclaré Brady.