Les plantes et l'arithmétique : une question de survie !

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Publiant leurs travaux sur eLife, des chercheurs britanniques ont modélisé mathématiquement la capacité qu’ont les plantes à gérer, durant la nuit, leur consommation des réserves de nutriments qu’elles ont constituées durant le jour grâce à la photosynthèse.

Le jour, les plantes vertes utilisent l’énergie solaire pour transformer les éléments qu’elles absorbent (notamment le CO2) en sucres, tel l’amidon, un "carburant" essentiel à leur métabolisme. Mais la nuit, elles doivent vivre sur les réserves fabriquées le jour, et donc ralentir leur consommation d’amidon. Comment ?

Des scientifiques du Centre horticole John Innes (JIC) de Norwich (Norfolk, Angleterre) se sont penchés sur la question à l’aide de modélisations mathématiques.

 Arabidopsis thaliana - Photo : Roepers / Creative Commons  - À partir du début du xx^e siècle, Arabidopsis thaliana a commencé à être utilisée à des fins de recherches. À l’heure actuelle A. thaliana est un organisme de référence aussi bien pour la recherche végétale que pour l’évolution, la génétique ou encore la recherche fondamentale.

Certains chercheurs pensaient que les plantes utilisaient l'amidon à un rythme fixé durant la nuit afin de pouvoir survivre jusqu'au matin. Mais l'équipe anglaise a constaté sur un plant d'Arabidopsis thaliana, souvent utilisé en laboratoire, que ce n'était pas le cas. Le végétal est capable de changer de rythme en cas de nuit précoce ou tardive. 

 Comprendre l'interaction parasite / plante avec Arabidopsis thaliana



Les scientifiques ont ainsi mis au point une autre hypothèse qu'ils ont pu vérifier. Selon eux, deux informations sont cruciales pour les plantes : la taille de la réserve d'amidon disponible et le temps qu’il reste jusqu'à l'aube (connu de la plante grâce à son horloge biologique). Aussi, ces deux informations sont codées dans les feuilles sous la forme de deux types de molécules (appelées S pour l'amidon et T pour le temps), dont les concentrations varient. 


Les molécules S stimulent la consommation d'amidon, tandis que les molécules T l’empêchent. De sorte que la plante peut "calculer" un véritable ratio (S/T) pour régler sa consommation, si un brin de lumière apparait plus tôt que prévu ou que la nuit persiste. Et à l’aube, en effet, 95% de l’amidon est épuisé. 

 Arabidopsis thaliana (cresson de l'oreille de souris) La plante sous différents angles et dans différentes périodes de croissance. La musique est l'âge d'Innocent par Van Syla.



Une étonnante capacité qui ouvre des voies : "C'est le premier exemple concret du processus biologique fondamental d'un tel calcul arithmétique sophistiqué", souligne le Pr Martin Howard, du JIC. "La capacité d'effectuer des calculs arithmétiques est vitale pour la croissance des plantes et la productivité. Comprendre comment les plantes continuent à se développer dans l'obscurité pourrait aider à découvrir de nouvelles façons d'augmenter le rendement des cultures", conclut le Pr Alison Smith, biologiste du métabolisme.




MAXISCIENCES 27/6/2013