Qu'est-ce que le géotropisme ou le gravitropisme?

Le géotropisme C'est l'influence de la gravité sur le mouvement des plantes. Le géotropisme vient des mots "geo" qui signifie terre et "tropisme", ce qui signifie mouvement provoqué par un stimulus (Öpik & Rolfe, 2005).

Dans ce cas, le stimulus est la gravité et ce qui bouge est la plante. Comme le stimulus est la gravité, ce processus est également connu sous le nom de gravitropisme (Chen, Rosen et Masson, 1999, Hangarter, 1997).

Pendant de nombreuses années, ce phénomène a suscité la curiosité des scientifiques, qui ont étudié comment ce mouvement se produit dans les plantes.

De nombreuses études ont montré que différentes zones de la plante poussent dans des directions opposées (Chen et al., 1999, Morita, 2010, Toyota et Gilroy, 2013).

Il a été observé que la gravité joue un rôle fondamental dans l'orientation des parties de la plante: la partie supérieure, formée par la tige et les feuilles, se développe vers le haut (gravitropisme négatif), alors que la partie inférieure constituée par la racines, il descend dans la direction de la gravité (gravitropisme positif) (Hangarter, 1997).

Ces mouvements, médiés par la gravité, garantissent que les plantes exercent correctement leurs fonctions.

Le haut fait face à la lumière du soleil pour la photosynthèse, et le fond est tournée vers le fond de la terre, de sorte que les racines peuvent atteindre l'eau et les éléments nutritifs nécessaires à leur développement (Chen et al., 1999 ).

Comment se passe le géotropisme?

Les plantes sont extrêmement sensibles à l'environnement, ils peuvent influencer leur croissance en fonction des signaux qu'ils reçoivent, par exemple, la lumière, la gravité, le toucher, les nutriments et l'eau (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).

Le géotropisme est un phénomène qui se déroule en trois phases:

1. Détection: la perception de la gravité est réalisée par des cellules spécialisées appelées statocystes.

2. Transduction et transmission: le stimulus physique de la gravité est converti en un signal biochimique qui est transmis aux autres cellules de la plante.

3. Répondre: les cellules receveuses se développent de telle manière qu'une courbure est générée qui change l'orientation de l'organe. Ainsi, les racines poussent vers le bas et les tiges vers le haut, quelle que soit l'orientation de la plante (Masson et al., 2002, Toyota et Gilroy, 2013).

Figure 1. Exemple de géotropisme dans une plante. Notez la différence dans l'orientation des racines et de la tige. Edité par: Katherine Briceño.

Géotropisme dans les racines

Le phénomène d'inclinaison de la racine vers la gravité a été étudié pour la première fois il y a plusieurs années. Dans le célèbre livre "Le pouvoir de mouvement dans les plantes"Charles Darwin a signalé que les racines des plantes ont tendance à croître vers la gravité (Ge et Chen, 2016).

La gravité est détectée à la pointe de la racine et cette information est transmise à la zone d'élongation pour maintenir la direction de la croissance.

Si les changements d'orientation par rapport au champ de gravité, les cellules réagissent en modifiant leur taille, de sorte que la pointe de la racine de continuer à croître dans le même sens de la gravité présentant géotropisme positif (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg, et Swarup , 2017; Wolverton et al., 2011).

Darwin et Ciesielski ont montré qu'il y avait une structure à la pointe des racines qui était nécessaire pour que le géotropisme se produise, cette structure s'appelait un «cap».

Ils ont postulé que le capuchon était responsable de la détection des changements d'orientation des racines, en ce qui concerne la force de gravité (Chen et al., 1999).

Des études ultérieures ont montré que dans le capuchon il y a des cellules spéciales qui sédimentent dans la direction de la gravité, ces cellules sont appelées statocystes.

Les statocystes contiennent des structures similaires aux pierres, appelées amyloplastes car elles sont pleines d’amidon. Les amyloplastes densément compactés se déposent juste à l'extrémité des racines (Chen et coll., 1999, Sato et coll., 2017, Wolverton et coll., 2011).

Des études récentes sur la biologie cellulaire et moléculaire ont permis d'améliorer la compréhension du mécanisme qui régit la géotropie racinaire.

Il a été démontré que ce processus nécessite le transport d'une hormone de croissance appelée auxine, un tel transport est connu comme le transport de l'auxine polaire (Chen et al., 1999; Sato et al, 2017.).

Cela a été décrit dans les années 1920 dans le modèle Cholodny-Wents, qui propose que les courbures de la croissance en raison d'une répartition inégale des auxine (Öpik & Rolfe, 2005).

Géotropisme dans les tiges

Un mécanisme similaire se produit dans les tiges des plantes, à la différence que leurs cellules répondent différemment à l'auxine.

Dans les pousses des tiges, l'augmentation de la concentration locale d'auxine favorise l'expansion des cellules; l'inverse se produit pour les cellules racinaires (Morita, 2010; Taiz et Zeiger, 2002).

La sensibilité différentielle à l'auxine contribue à expliquer l'observation initiale de Darwin selon laquelle les tiges et les racines répondent de manière opposée à la gravité. Dans les racines et les tiges, l'auxine s'accumule vers la gravité, sur la face inférieure.

La différence est que les cellules souches répondent de manière opposée aux cellules racinaires (Chen et al., 1999, Masson et al., 2002).

Dans les racines, l'expansion des cellules est inhibée du côté inférieur et la courbure vers la gravité est générée (gravitropisme positif).

Dans les tiges, l'auxine s'accumule également sur le côté inférieur, mais l'expansion des cellules augmente et entraîne la courbure de la tige dans le sens inverse de la gravité (gravitropisme négatif) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Zeiger, 2002).

Références

1. Chen, R., Rosen, E. et Masson, P. H. (1999). Gravitropisme chez les plantes supérieures. Physiologie végétale, 120, 343-350.
2. Ge, L. et Chen, R. (2016). Gravitropisme négatif dans les racines des plantes. Nature Plants, 155, 17-20.
3. Hangarter, R. P. (1997). Gravité, lumière et forme végétale. Plant, Cell and Environment, 20 796-800.
4. Masson, P.H., Tasaka, M., Morita, M.T., Guan, C., Chen, R., Masson, P.H., ... Chen, (2002). Arabidopsis thaliana: Un modèle pour l'étude du gravitropisme racinaire et de la tige (pp. 1-24).
5. Morita, M. T. (2010). Détection directionnelle par gravité dans le gravitropisme. Revue annuelle de biologie végétale, 61, 705-720.
6. Öpik, H. et Rolfe, S. (2005). La physiologie des plantes à fleurs. (C. U. Press, Ed.) (4ème éd.).
7. Sato, E. M., Hijazi, H., Bennett, M. J., Vissenberg, K. et Swarup, R. (2017). Nouvelles connaissances sur la signalisation gravitropique des racines. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155-2165.
8. Taiz, L. et Zeiger, E. (2002). Physiologie végétale (3ème éd.). Sinauer Associates.
9. Toyota, M. et Gilroy, S. (2013). Gravitropisme et signalisation mécanique chez les plantes. American Journal of Botany, 100 (1), 111-125.
10. Wolverton, C., Paya, A. M. et Toska, J. (2011). L'angle de la coiffe des racines et le taux de réponse gravitropique sont découplés chez le mutant Arabidopsis pgm-1. Physiologie Plantarum, 141, 373-382.