Morphologie des cellules végétales : mystérieux puzzle
En découvrant la mécanique et le mécanisme moléculaire qui dictent la forme des cellules végétales, une équipe de chercheurs de l’Université McGill a partiellement levé le voile sur les processus fondamentaux qui régissent 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 photosynthétique qui tapisse l’intérieur 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 composé d’une couche plane de cellules plates intimement liées les unes aux autres qui ne laisse rien passer, sauf par des ouvertures bien définies. Mais à vrai dire, nous ne savions pas comment ces formes étonnamment variées prenaient naissance », explique Anja Geitmann, professeure et doyenne de la Faculté des sciences de l’agriculture et de l’environnement de McGill.
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 Cell Reports et Plant Physiology, 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.
L’article « Mechanical Stress Initiates and Sustains the Morphogenesis of Wavy Leaf Epidermal Cells », par Amir J. Bidhendi et coll., a été publié dans la revue Cell Reports.
L’article « Pectin chemistry and cellulose crystallinity govern pavement cell morphogenesis in a multi-step mechanism », par Bara Altartouri et coll., a été publié dans la revue Plant Physiology.
Images : https://www.dropbox.com/sh/kzcf5tt399771p4/AABeVRS59mvU4CwyUeA73hYza?dl=0
