Comment les plantes savent-elles jusqu’à quelle taille pousser?

«En créant un cadre commun, nous avons pu rassembler des données collectées de nombreuses façons, ce qui rend possible la comparaison directe de la croissance entre les organes et à différentes échelles», explique Viraj Alimchandani, doctorant sous la supervision de la professeure agrégée de biophysique Anne-Lise Routier-Kierzkowska à l’UdeM.

Dans leur laboratoire de l’Institut de recherche en biologie végétale, les scientifiques ont découvert que les plantes utilisent à la fois des stratégies propres à chaque organe et des stratégies partagées pour contrôler leur taille.

«Par exemple, les racines croissent principalement grâce à l’allongement et à la spécialisation des cellules dans une région particulière, tandis que les feuilles et les tiges présentent des schémas étonnamment similaires: une phase de croissance rapide au début, suivie d’une expansion plus stable à mesure qu’elles se développent», précise le doctorant.

«Fait essentiel, nous avons découvert que ce qui se passe aux premiers stades de la croissance peut avoir un effet durable sur la taille définitive d’un organe, qu’il s’agisse de la tige, de la racine ou des feuilles», ajoute-t-il.

L’équipe de recherche a observé que les stratégies de croissance, qu’elles soient spécifiques ou générales, sont toutes liées au contrôle de la taille. Ainsi, dans le méristème, elle a noté un décalage constant dans l’expansion cellulaire entre les zones centrales et les zones périphériques.

L’allongement des racines, quant à lui, est principalement dû à l’expansion et à la différenciation des cellules dans la zone de pousse, plutôt qu’à la dynamique cellulaire du méristème, comme on le pensait auparavant. La croissance de l’hypocotyle et celle des feuilles présentent d’ailleurs des parallèles inattendus: un allongement exponentiel précoce correspondant à la morphogenèse primaire, suivi d’une croissance linéaire correspondant à la morphogenèse secondaire.

La comparaison entre des hypocotyles cultivés à la lumière et d’autres dans l’obscurité, ainsi qu’entre des feuilles juvéniles et des feuilles en transition, a révélé que la taille des organes est modulée par un équilibre entre la vitesse de croissance et la durée de la phase d’expansion. La croissance cellulaire observée au cours du développement précoce influence ainsi la taille définitive des organes, soulignant l’importance des mesures effectuées dès les premiers stades.

Cet atlas de la croissance offre un nouveau point de référence pour la recherche sur les plantes: il constitue un cadre pour interpréter les phénotypes mutants, orienter la conception expérimentale et approfondir la compréhension des mécanismes qui régulent la croissance des différents organes végétaux.

«Il aidera les scientifiques à mieux comprendre comment les gènes agissent sur la croissance, à améliorer la conception des expériences et, à long terme, à éclairer la manière dont les plantes s’adaptent et prospèrent», indique Anne-Lise Routier-Kierzkowska, titulaire d’une chaire de recherche du Canada, dont le laboratoire se spécialise dans l’étude biophysique des cellules.