Après la germination, les racines de plantules doivent se développer rapidement pour ancrer la plante en croissance dans le sol. Cependant, la croissance est régulée en s’assurant que l’environnement est satisfaisant pour la plante. Lorsqu’elles sont confrontées à un stress dans le sol, les racines ont un nombre très limité d’options : elles peuvent arrêter de croître, développer des racines secondaires, changer de direction. Souvent, toutes ces options sont combinées.
Les racines des plantes se développent par division et élongation cellulaires. L’un de ces processus, ou les deux, peuvent être altérés en cas de stress et une racine végétale peut ou non continuer à croître. La relation entre la croissance et l’arrêt de la croissance n’est pas clairement comprise au niveau moléculaire. Dans un travail précédent, l’équipe de JL. Pellequer au sein du groupe MEM de l’IBS a montré que l’arrêt de l’extension des racines dû à la présence de fer était concomitant avec un raidissement de la paroi cellulaire primaire externe de plantules d’Arabidopsis thaliana âgées de 4 jours.
Dans ce nouveau travail, les chercheurs ont évalué non seulement la rigidification des racines des plantes sous le stress Fe, mais aussi sous le stress Al, ainsi que leur effet combiné. Pour effectuer des mesures mécaniques précises de cette rigidité sur des plantules vivantes, ils ont préalablement mis au point un protocole robuste amélioré (https://doi.org/10.1016/j.xpro.2023.102265). Les nouveaux résultats indiquent que l’utilisation d’un stress de 10 µM FeCl2 ou 10 µM AlCl3 ne modifiait pas la rigidité des racines des plantes ni le phénotype de croissance des racines. Cependant, en combinant 10 µM FeCl2 avec 10 µM AlCl3, ils ont obtenu un arrêt total de l’extension des racines et une augmentation significative de la rigidité de la paroi cellulaire externe de la plante. Ils ont décidé de stresser les racines avec 20 µM de FeCl2 ou 20 µM d’AlCl3. Ils ont été surpris de constater que, bien qu’aucun arrêt de l’extension des racines n’ait été observé (les plantes continuent à croître au moins pendant plusieurs jours), une augmentation significative de la rigidité de la paroi cellulaire a été mesurée (de la même manière qu’avec 10 µM FeCl2 et 10 µM AlCl3).
En résumé, la rigidité de la paroi cellulaire primaire externe est un bon détecteur de stress pour les plantes. Ils ont constaté que le raidissement de la paroi cellulaire n’était pas un déclencheur de l’arrêt de l’extension des racines. Ils ont proposé un mécanisme qui implique la liaison des métaux à la pectine chargée négativement pour augmenter la rigidité de la paroi cellulaire. Ils concluent également qu’en présence d’Al et de Fe, le malate agit comme un hyperaccumulateur de Fe dans l’apoplaste de la paroi cellulaire, ce qui déclenche une réponse des espèces réactives de l’oxygène conduisant à l’arrêt de la croissance.
Correlation between plant cell wall stiffening and root extension arrest phenotype in the combined abiotic stress of Fe and Al. Kaur H, Teulon J-M, Godon C, Desnos T, Chen S-wW and Pellequer J-L. Plant Cell Environ. in press. DOI:10.1111/pce.14744
Contact : Jean-Luc Pellequer, chercheur CEA de l’IBS (Groupe Microscopie Electronique et Méthodes)