Gravitropisme

Définition du gravitropisme

Lesplantes utilisent des hormones (messagers chimiques) et d'autres mécanismes biologiques sophistiqués pour répondre aux stimuli environnementaux en développant leurs tiges, leurs racines ou leurs feuilles en direction ou à l'opposé du stimulus . Cescomportements sont appelés tropismes.

Les tropismes des plantes comprennent le phototropisme (réponse à la lumière), le thigmotropisme (réponse au toucher) et le gravitropisme (réponse à la gravité). La définition du gravitropisme est présentée ci-dessous.

Le gravitropisme est aussi parfois appelé géotropisme car la croissance peut être décrite comme se dirigeant vers la terre ("géo").

Types de gravitropisme

Les divers organes des plantes réagissent à la gravité de différentes manières. Nous parlerons ici de l'orthogravitropisme, du diagravitropisme et du plagiogravitropisme.

Nous distinguerons également deux types d'orthogravitropisme: le gravitropisme positif et le gravitropisme négatif.

Orthogravitropisme

Le gravitropisme des plantes peut être orthogravitropique, ce qui signifie que la direction de la croissance de la plante est parallèle à l'attraction de la gravité. L'orthogravitropisme peut être subdivisé en gravitropisme positif et négatif.

Gravitropisme positif

Legravitropisme positif faitréférence à la croissance dans la même direction que l'attraction de la gravité, c'est-à-dire vers le bas (ou vers le centre de la terre). Ce type de croissance est généralement affiché par les racines primaires pour absorber suffisamment d'eau et de nutriments ainsi que pour assurer un ancrage sûr dans le sol.

Gravitropisme négatif

Legravitropisme négatif fait référence à la croissance vers le haut, typiquement manifestée par des pousses qui poussent vers le haut même en l'absence de lumière. Cette croissance est appelée gravitropisme négatif parce que sa direction est opposée à l'attraction de la gravité. Cette croissance vers le haut permet de positionner correctement les feuilles pour une photosynthèse et une respiration efficaces.

Dans certains cas, cependant, les racines présentent également un gravitropisme négatif. Par exemple, certaines espèces de palétuviers produisent des racines aériennes spécialisées appelées pneumatophores. Les pneumatophores poussent vers le haut à partir de racines latérales profondes pour aider les palétuviers à absorber l'oxygène dans un sol gorgé d'eau.

Autres réponses gravitropiques

Outre l'orthrogravitropie, les réponses des plantes à la gravité peuvent également être diagravitropiques ou plagiogravitropiques.

Diagravitropique signifie que la croissance de l'organe végétal est perpendiculaire à l'attraction de la gravité. On peut observer ce phénomène dans les rhizomes (comme le gingembre) et les stolons (comme les fraises) qui poussent à l'horizontale.

D'autre part, plagiogravitropique signifie que la croissance de l'organe végétal est en angle par rapport à l'attraction de la gravité. Ce phénomène peut être observé dans les racines latérales. L'excroissance latérale des racines selon l'angle préféré par rapport à la racine primaire (qui pousse généralement à la verticale) fournit à la plante un moyen plus efficace d'explorer l'environnement pour acquérir des ressources locales.

Exemple de gravitropisme

Si l'orientation d'une plante est modifiée, ses racines vont déclencher une réaction gravitropique pour se réorienter vers son orientation de croissance initiale vers le bas. Imaginons qu'un plant de maïs soit renversé sur le côté. Au bout de 20 à 30 minutes, les cellules situées sur le côté supérieur de la racine, près de la pointe, commenceront à s'allonger plus rapidement que les cellules situées sur le côté inférieur, ce qui amènera la racine à se courber vers le bas. Au fur et à mesure que le temps passe, la racine s'allonge et se courbe jusqu'à ce qu'elle soit réorientée de façon à ce que la pointe de la racine soit orientée vers le bas, comme elle l'était avant que la plante ne soit retournée sur le côté.

Cet exemple de comportement gravitropique positif chez un plant de maïs est illustré dans la figure 1 ci-dessous.

D'autre part, les pousses des plantes ont tendance à croître vers le haut. Imaginons qu'un plant de coléus soit tourné sur le côté. Au bout d'une heure, une courbure gravitropique commence à se former à l'extrémité de la pousse. Les feuilles autour de la base de la plante se réalignent et s'installent dans une position plus horizontale, comme elles l'étaient avant que la plante ne soit retournée sur le côté. Note que le gravitropisme ne se limite pas aux tiges et aux racines puisque d'autres organes d'une plante, comme les feuilles, perçoivent et réagissent également à la gravité.

Cet exemple de comportement gravitropique positif chez une plante Coleus est visualisé dans la figure 2 ci-dessous.

Qu'en est-il des racines latérales ? Comme nous l'avons déjà mentionné, la réponse gravitropique peut également être observée dans les racines latérales. Chez l'Arabidopsis - une petite mauvaise herbe qui appartient à la famille de la moutarde - les racines latérales poussent à un angle progressivement oblique.

Après l'émergence, les racines latérales ont tendance à s'incurver vers un angle initial préféré (qui est généralement assez faible), puis elles se redressent et poussent à cet angle pendant un certain temps. Elles peuvent commencer à s'incurver fortement jusqu'à ce qu'elles atteignent un angle presque vertical vers le bas, ce qui pourrait donner lieu à un système racinaire axial, ou elles peuvent maintenir un angle peu profond pendant longtemps, ce qui pourrait donner lieu à un système racinaire à expansion radiale.

Cet exemple de comportement plagiogravitropique chez Arabidopsis est visualisé dans la figure 3 ci-dessous.

Comment le gravitropisme se produit-il chez les plantes ?

Le gravitropisme est un processus complexe qui peut se résumer à quatre phases fondamentales: la perception, la transduction intracellulaire, la translocation et la réaction.

Nous allons passer brièvement en revue chacune de ces phases, mais n'oublie pas que les explications du gravitropisme varient et que ses mécanismes continuent de faire l'objet de recherches de la part de nombreux scientifiques.

Phase de perception

La phase de perception est celle où la cellule perçoit la direction de la gravité en raison du déplacement d'un composant cellulaire. La perception se produit généralement dans la coiffe de la racine qui recouvre le méristème apical de la racine. Ce déplacement peut prendre la forme de :

1. Le protoplaste qui se presse contre la paroi cellulaire.

2. Un organite lourd rempli d'amidon tel que l'amyloplaste ou le statolithe, permettant à la plante de percevoir la gravité en s'accumulant et en alourdissant la cellule.

Phase de transduction intracellulaire

La phase detransduction intracellulaire est celle où la perception de la direction de la gravité produit une asymétrie dans la cellule via sa structure et/ou sa biochimie. Bien que l'on ne sache pas exactement comment cette étape du processus se produit, les scientifiques pensent que cette asymétrie pourrait prendre la forme de :

1. Une asymétrie du calcium dans les cellules.

2. L'activation localisée de certains canaux ioniques dans la membrane plasmique.

3. Une modification de la structure et de la répartition des éléments du cytosquelette.

4. Une altération des plasmodesmes.

Phase de translocation

Pendant la phase de translocation , un changement se produit dans les cellules de perception, ce qui entraîne le déplacement d'un ou plusieurs signaux vers le site de la phase de réaction, de part et d'autre de l'organe .L'un de ces signaux est l'auxine, une hormone végétale qui favorise l'élongation des cellules.

Phase de réaction

La phase de réaction est celle où l'accumulation de signaux comme l'auxine favorise un taux différentiel d'élongation cellulaire:

1. Dans les racines, une forte concentration d'auxine ralentit l' élongation des cellules, ce qui fait que les cellules poussent lentement sur le côté inférieur alors qu'elles poussent normalement sur le côté supérieur, ce qui fait que la racine se courbe vers le bas, en direction de la région où l'auxine est fortement concentrée.

2. Dans les pousses, une forte concentration d'auxine stimule l' élongation des cellules, ce qui conduit la pousse à se courber vers le haut, en s'éloignant de l'endroit où la concentration d'auxine est la plus élevée.

Importance du gravitropisme chez les plantes

Le gravitropisme est important pour la croissance et le développement des plantes. C'est une stratégie qui permet aux plantes de rivaliser pour les ressources de leur environnement immédiat et de reprendre une croissance verticale après avoir été renversées par le vent, la pluie ou d'autres facteurs environnementaux.

En outre, le gravitropisme négatif permet aux plantes de protéger leurs graines de l'humidité et des agents pathogènes qui peuvent être présents dans le sol.