Pour les humains et pour de nombreux autres animaux, la famille compte. Considérez combien d’emplois sont attribués à des proches. Ou comment une fourmi attaquera impitoyablement les fourmis intruses mais sauvera des compagnons de nid blessés et étroitement liés. Il y a de bonnes raisons évolutives pour aider les proches, après tout. Maintenant, il semble que ces liens familiaux peuvent également animer les plantes.
Une biologiste canadienne Susan Dudley a semé l’idée il y a plus de dix ans, mais de nombreux scientifiques en biologie végétale la considéraient comme hérétique – les plantes n’ont pas le système nerveux qui permet aux animaux de reconnaître leurs proches, alors comment peuvent-ils connaître leurs proches?
Une série de découvertes récentes portant la notion selon laquelle les plantes prennent vraiment soin de leurs pairs les plus proches génétiquement – de manière silencieuse et végétale – prend racine. Certaines espèces limitent l’étendue de leurs racines, d’autres modifient le nombre de fleurs qu’elles produisent et quelques-unes inclinent ou déplacent leurs feuilles pour minimiser l’ombrage des plantes voisines, favorisant ainsi les individus apparentés.
«Nous devons reconnaître que les plantes sentent non seulement s’il fait clair ou sombre ou si elles ont été touchées, mais aussi avec qui elles interagissent», explique Susan Dudley, écologiste évolutionniste des plantes à l’Université McMaster à Hamilton, au Canada, dont Les études de reconnaissance de la parenté des plantes ont suscité l’intérêt de nombreux scientifiques
Au-delà d’élargir les vues du comportement des plantes, les nouveaux travaux peuvent avoir un côté pratique. En septembre 2018, une équipe en Chine a signalé que le riz planté avec des parents poussait mieux, une découverte qui suggérait que les liens familiaux pouvaient être exploités pour améliorer les rendements des cultures. «Il semble que chaque fois que quelqu’un le cherche, il trouve un effet de parenté», explique André Kessler, écologiste chimique à l’Université Cornell.
Des termites aux humains, les comportements spécifiques aux parents ont évolué à maintes reprises chez les animaux, ce qui montre qu’il y a un fort avantage à aider les parents à transmettre des gènes partagés. Dudley a estimé que les mêmes forces évolutives devraient s’appliquer aux plantes. Peu de temps après que les chercheurs aient prouvé que les plantes pouvaient distinguer les racines du «soi» des racines du «non-soi», elle a testé si elles pouvaient également choisir et favoriser les parents. Elle a cultivé la searocket américaine (Cakile edentula), une succulente trouvée sur les plages d’Amérique du Nord, dans des pots avec des parents ou avec des plantes non apparentées de la même population. Avec les étrangers, le searocket a considérablement élargi son système racinaire souterrain, mais avec ses proches, il a maîtrisé ces pulsions compétitives, laissant vraisemblablement plus de place aux racines familiales pour obtenir des nutriments et de l’eau. L’affirmation, publiée en 2007, a choqué ses collègues. Quelques-uns ont vivement critiqué le travail, citant des statistiques erronées et une mauvaise conception de l’étude.
Depuis lors, cependant, d’autres chercheurs ont confirmé ses découvertes. Récemment, en travaillant avec Moricandia moricandioides, une herbe espagnole, Rubén Torices et ses collègues de l’Université de Lausanne en Suisse et du Conseil national espagnol de la recherche ont démontré leur coopération dans la floraison. Après avoir cultivé 770 plants dans des pots seuls ou avec trois ou six voisins de parenté variable, l’équipe a constaté que les plantes cultivées avec des parents produisaient plus de fleurs, ce qui les rendait plus attrayantes pour les pollinisateurs. Les affichages floraux étaient particulièrement grands dans les plantes dans les pots les plus encombrés de parents, ont rapporté Torices et ses collègues le 22 mai 2018 dans Nature Communications.
Torices, maintenant à l’Université King Juan Carlos de Madrid, appelle les effets de parenté « altruistes » parce que chaque plante individuelle abandonne une partie de son potentiel ultime de production de semences pour dépenser plus d’énergie pour fabriquer des fleurs. En fin de compte, soupçonne-t-il, plus de graines sont fertilisées dans l’ensemble dans les pots étroitement liés.
Des doutes persistent. Une plante identifie-t-elle une parenté génétique ou reconnaît-elle simplement que son voisin est plus ou moins semblable à elle-même? «Je ne pense pas qu’il y ait encore eu de preuves convaincantes de la reconnaissance de la parenté dans les plantes», déclare Hélène Fréville, biologiste des populations étudiant les cultures à l’avant-poste de Montepellier de l’Institut national de la recherche agricole.
Les buissons d’armoise (Artemisia tridentata) ont cependant fourni des indices puissants. Lorsqu’elles sont blessées par des herbivores, ces plantes libèrent des produits chimiques volatils qui stimulent l’armoise voisine à rendre les produits chimiques toxiques pour leurs ennemis communs. L’écologiste Richard Karban de l’Université de Californie à Davis s’est demandé si les proches étaient avertis de préférence. Son groupe avait déjà découvert que les plantes d’armoise tombent à peu près dans deux «chémotypes», qui émettent principalement soit du camphre, soit un autre composé organique appelé thuyone lorsque leurs feuilles sont endommagées. L’équipe a montré que les chémotypes sont héréditaires, ce qui en fait un signal potentiel de reconnaissance des parents. En 2014, les chercheurs ont rapporté que lorsque des substances volatiles provenant d’une plante d’un chémotype étaient appliquées au même type de plante, ces plantes montaient des défenses antiherbivores plus fortes et avaient beaucoup moins de dommages causés par les insectes que lorsque les volatils étaient appliqués à une plante de l’autre chémotype— une allusion à un effet de parenté.
La moutarde Arabidopsis thaliana a fourni un autre indice. Il y a environ 8 ans, Jorge Casal, biologiste des plantes à l’Université de Buenos Aires, a remarqué que les plantes d’Arabidopsis poussant à côté de leurs parents modifiaient la disposition de leurs feuilles pour réduire l’ombrage de leurs voisins, mais ne le faites pas lorsque les voisins ne sont pas liés. . La façon dont ils ressentent la présence de parents était cependant un mystère.
Les plantes ont des capteurs de lumière, et en 2015, l’équipe de Casal a découvert que la force de la lumière réfléchie frappant les feuilles voisines signalait une parenté et déclenchait les réarrangements. Les parents ont tendance à faire germer les feuilles à la même hauteur, faisant rebondir plus de lumière sur les feuilles de l’autre. En déplaçant les feuilles pour réduire leur degré d’ombrage, les parents poussent cumulativement plus vigoureusement et produisent plus de graines, a découvert son équipe. «Il n’y a aucun autre cas de reconnaissance de la parenté dans les plantes où le signal, les récepteurs et les conséquences de la condition physique ont été établis», dit Casal.
Depuis lors, il a montré que lorsque les parents de tournesol sont plantés à proximité les uns des autres, ils s’organisent eux aussi pour rester à l’écart les uns des autres. Les tournesols inclinent leurs pousses alternativement d’un côté ou de l’autre de la rangée, ont rapporté Casal et ses collègues en 2017 dans les Actes de la National Academy of Sciences. Profitant de cet effet, ils ont planté 10 à 14 plantes apparentées par mètre carré – une densité inouïe pour les cultivateurs commerciaux – et ont obtenu jusqu’à 47% plus d’huile de plantes qui étaient autorisées à se pencher les unes des autres que les plantes forcées de pousser directement. vers le haut.
Chui-Hua Kong, écologiste chimique à l’Université agricole de Chine à Pékin, exploite un effet similaire pour augmenter les rendements du riz. Son laboratoire étudie les variétés de riz qui émettent des produits chimiques destructeurs de mauvaises herbes dans leurs racines. À l’heure actuelle, ils n’ont pas de rendements assez élevés pour remplacer les variétés couramment cultivées qui nécessitent des herbicides. Mais lors d’essais sur le terrain de 3 ans, les versions reconnaissant les parents de ces variétés de riz auto-protectrices ont produit une augmentation de 5% du rendement lorsqu’elles sont cultivées avec des parents, plutôt qu’avec des plantes non apparentées, ont rapporté Kong et ses collègues fin septembre 2018 dans New Phytologist. Pour tester l’approche à plus grande échelle, lui et ses collègues plantent ensemble des semis « parents » de la souche destructrice de mauvaises herbes dans des rizières du sud de la Chine.
Brian Pickles, écologiste à l’Université de Reading au Royaume-Uni, propose que la reconnaissance des parents pourrait même aider les forêts à se régénérer. En traçant les flux de nutriments et de signaux chimiques entre les arbres reliés par des champignons souterrains, il a montré que les sapins nourrissent préférentiellement leurs proches et les préviennent des attaques d’insectes. La découverte suggérait qu’une famille de sapins croîtrait plus vite que des arbres non apparentés.
Pour certains biologistes, l’image émergente des plantes communicantes et coopérantes repose toujours sur de maigres preuves. Laurent Keller, biologiste évolutionniste à l’Université de Lausanne qui a montré que certains signes apparents de reconnaissance de la parenté chez Arabidopsis peuvent plutôt provenir de différences innées entre les plantes, appelle à plus de rigueur dans les études. «Les gens ont commencé à se rendre compte qu’il est important de bien réfléchir à la conception de l’expérience pour écarter d’autres explications potentielles», dit-il.
Keller garde l’esprit ouvert et prédit que des preuves plus solides de la reconnaissance des parents des plantes émergeront. Karban est déjà convaincu. «Nous apprenons que les plantes sont capables d’un comportement bien plus sophistiqué que nous ne le pensions», dit-il. « C’est vraiment cool. »
Traduction de l’article
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