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Surprenante résilience des plantules d'Arabidopsis

Leur plasticité métabolique leur permet de survivre pendant des semaines sans apport de minéraux

La mission périlleuse des plantules © D. Macherel
Mis à jour le 06/06/2019
Publié le 31/05/2019

Dans le cycle de vie des plantes, les plantules ont une mission cruciale qui est d'assurer l'installation des plantes, avec pour seules ressources leur capacité photosynthétique et les réserves qui n'ont pas été consommées lors de la germination. De ce fait, le stade plantule est généralement considéré comme éminemment vulnérable face à des stress environnementaux. Comprendre les mécanismes qui permettent aux fragiles plantules de réussir leur mission dans ces conditions défavorables est un enjeu majeur pour l'implantation des cultures dans le contexte du changement climatique.

Dans un système de culture original de culture liquide (eau minérale d'Evian) les  graines d'Arabidopsis thaliana germent rapidement et forment des plantules dont les cotylédons sont photosynthétiques, mais le développement reste bloqué à ce stade du fait de la carence en éléments minéraux. Ces plantules montrent cependant une remarquable tolérance à ces conditions drastiques puisqu'elles restent parfaitement viables pendant plusieurs semaines et sont capables de reprendre un développement normal après transfert dans un milieu plus riche en éléments minéraux (terreau). Ces plantules bloquées dans leur développement adaptent leur métabolisme pour survivre sans croître, recyclant leurs éléments et dissipant l'excès d'énergie lumineuse grâce à la photorespiration et à une enzyme mitochondriale de la chaine de transfert d’électrons (l'oxydase alterne). Elles stockent massivement le carbone sous forme d'un acide organique (le malate) stocké dans les vacuoles, et accumulent également des lipides de réserve dans des gouttelettes lipidiques (plastoglobules) localisées au sein des chloroplastes.

Ces résultats démontrent que des plantules confrontées à une forte carence minérale peuvent adapter leur physiologie et leur métabolisme pour survivre, mais sans compromettre leur croissance ultérieure quand les conditions redeviennent favorables. Un tel système résilient est particulièrement adapté pour disséquer les mécanismes de tolérance aux stress environnementaux sur la physiologie des plantes, indépendamment du développement.

Partenaires : ce travail a été mené par l’UMR IRHS en collaboration avec l’UMR IJPB pour l'analyse des acides gras et la plateforme IMAC de la SFR Quasav pour la microscopie.

Financement : Projet ACCLIMHOT, programme régional RFI Objectif Végétal et FEDER

Publication associée : Elise Réthoré, Sabine d'Andrea, Abdelilah Benamar, Caroline Cukier, Dimitri Tolleter, Anis M. Limami, Marie‐Hélène Avelange‐Macherel, David Macherel (2019)  Arabidopsis seedlings display a remarkable resilience under severe mineral starvation using their metabolic plasticity to remain self‐sufficient for weeks. The Plant Journal, doi.org/10.1111/tpj.14325
First published: 22 March 2019

Dispositif de culture en plaques six-puits. © Inra, D. Macherel
Dispositif de culture en plaques six-puits © Inra, D. Macherel

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Département(s) associé(s) :
Biologie et amélioration des plantes
Centre(s) associé(s) :
Pays de la Loire, Versailles-Grignon