Avec le changement climatique, comprendre la mémoire du stress des plantes pourrait aider les cultures vivrières à devenir plus résilientes.
Cela peut paraître étrange, mais les plantes peuvent se souvenir du stress. Les scientifiques cherchent encore à comprendre comment les plantes y parviennent sans cerveau. Mais avec le changement climatique qui menace les cultures du monde entier, comprendre la mémoire du stress des plantes pourrait aider les cultures vivrières à devenir plus résilientes.
Depuis leur colonisation de la terre il y a 500 millions d’années, les plantes ont développé des moyens de se défendre contre les rongeurs et les maladies. L’une de leurs capacités les plus fascinantes est de « se souvenir » des rencontres stressantes et d’utiliser cette mémoire pour se défendre.
Ce phénomène, appelé amorçage immunitaire, est similaire à la façon dont les vaccins aident l’espèce humaine à développer une immunité, mais repose sur des mécanismes différents.
Les plantes sont génétiquement résistantes à la grande majorité des microbes potentiellement nocifs. Cependant, un petit nombre de microbes ont développé la capacité de supprimer l’immunité innée, leur permettant d’infecter les organismes et de provoquer des maladies.
C’est pourquoi les vertébrés, y compris les humains, ont développé un système immunitaire mobile qui s’appuie sur les cellules mémoires B et T. Ces cellules mémoires sont activées par l’exposition à une maladie ou à des vaccins, ce qui nous aide à devenir plus résistants aux infections récurrentes.
Les plantes ne disposent pas de cellules spécialisées pour acquérir une mémoire immunitaire. Au lieu de cela, elles s’appuient sur ce que l’on appelle des changements « épigénétiques » au sein de leurs cellules pour stocker des informations sur les attaques passées et préparer leur système immunitaire inné. Une fois préparées, les plantes peuvent mieux résister aux rongeurs et aux maladies, même si elles étaient génétiquement sensibles au départ.
Des recherches menées au cours des dix à quinze dernières années ont montré qu’une exposition répétée et prolongée aux ravageurs de récoltes et de plantes ou aux maladies peut provoquer des modifications épigénétiques durables de l’ADN des plantes sans altérer la séquence sous-jacente de l’ADN. Cela permet aux plantes de rester dans un état de défense anticipé.
L’amorçage immunitaire a été signalé chez différentes espèces de plantes, allant des annuelles à courte durée de vie, comme l’arabette de Thalie Arabidopsis thaliana qui vit plusieurs semaines, aux espèces d’arbres à longue durée de vie, comme l’épicéa de Norvège qui peut vivre jusqu’à 400 ans.
L’activation du système immunitaire a toutefois un coût pour la plante, comme une croissance réduite. La mémoire activée est donc réversible et s’affaiblit sur de longues périodes sans stress.
Cependant, selon la force du stimulus de stress, l’activation peut durer toute la vie et même être transmise aux générations suivantes. Plus le stress est fort, plus les plantes se souviennent longtemps.
Les plantes modifient constamment l’activité de leurs gènes afin de se développer et de s’adapter à leur environnement. Les gènes peuvent être désactivés sur de longues périodes de temps par des changements épigénétiques.
Chez les plantes, ces changements se produisent le plus souvent au niveau des transposons (également appelés « gènes sauteurs ») – des morceaux d’ADN qui peuvent se déplacer dans le génome. Les transposons sont généralement inactifs car ils peuvent provoquer des mutations. Mais le stress modifie l’activité épigénétique dans la cellule végétale, ce qui peut partiellement les « réveiller ».
Cela favorise l’établissement et le maintien d’une mémoire durable chez les plantes.
Chez les plantes qui n’ont pas encore subi de stress, les gènes de défense sont pour la plupart inactifs pour empêcher une activité immunitaire inutile et coûteuse. Les changements épigénétiques durables des transposons après la guérison d’une maladie peuvent préparer les gènes de défense à une activation plus rapide et plus forte en cas de stress récurrent.
Bien que les scientifiques ne découvrent pas encore exactement comment cela fonctionne, il est clair que les changements épigénétiques au niveau de ces gènes sauteurs jouent un rôle essentiel pour aider les plantes à s’adapter aux menaces.
Le sol comme banque de mémoire
Les plantes ne s’appuient pas uniquement sur leur mémoire épigénétique interne pour améliorer leur résilience face aux rongeurs et aux maladies. Elles peuvent également utiliser leur environnement pour stocker la mémoire du stress.
Lorsqu’elles sont attaquées, les plantes libèrent des substances chimiques de leurs racines, attirant des microbes utiles qui peuvent supprimer les maladies. Si ce conditionnement du sol est suffisamment fort, il peut laisser un « héritage du sol » durable qui peut profiter aux plantes de la génération suivante.
Une fois le sol conditionné, ces microbes utiles restent près des racines des plantes pour aider la plante à lutter contre les maladies.
Dans certaines espèces de plantes, comme le maïs, les scientifiques ont identifié les métabolites secondaires qui pilotent cette mémoire du stress externe. Il s’agit de métabolites spécialisés qui ne sont pas essentiels au métabolisme primaire de la cellule. Ils jouent souvent un rôle dans la défense ou d’autres formes de signalisation environnementale, comme l’attraction de microbes ou d’insectes bénéfiques.
Certains des gènes contrôlant ces substances chimiques des racines sont régulés par des mécanismes épigénétiques sensibles au stress. Cela indique que les mécanismes qui pilotent la mémoire interne et externe des plantes sont interconnectés.
Comprendre comment les plantes stockent et utilisent leurs souvenirs de stress pourrait révolutionner la protection des cultures. Exploiter la capacité naturelle des plantes à faire face aux rongeurs et aux maladies pourrait nous aider à réduire notre dépendance aux pesticides chimiques et à créer des cultures plus résistantes aux stress environnementaux.
Alors que nous sommes confrontés à des défis croissants liés au changement climatique d’origine humaine et à la demande croissante de nourriture, ces recherches pourraient offrir des outils prometteurs pour développer des systèmes de protection des cultures plus durables.
Source : https://atlantico.fr/