Déterminer comment divers traitements et conditions affectent les propriétés mécaniques des cellules végétales pourrait permettre aux scientifiques de comprendre la croissance des plantes au niveau cellulaire et de trouver des moyens de l'améliorer. Dans un rapport révolutionnaire publié dans The Cellule de plante , une équipe de chercheurs présente un outil robotique innovant qui mesure les propriétés mécaniques des cellules végétales avec une résolution cellulaire.

Les phytologues ont un nouvel outil dans leur boîte à outils. Le micro-extensomètre confocal automatisé (ACME) – développé par une équipe de chercheurs en Europe et aux États-Unis – permet aux scientifiques de mesurer la variation spatiale des propriétés mécaniques des cellules végétales avec une précision sans précédent.

La croissance des cellules végétales est limitée par les propriétés mécaniques de la paroi cellulaire environnante. On pense que les parois cellulaires des parties en croissance d'une plante sont beaucoup plus extensibles (extensibles) que celles des parties matures, et ces différences locales dans l'extensibilité de la paroi cellulaire affectent la forme globale de la plante. Jusqu'à maintenant, il n'a pas été possible de mesurer l'extensibilité de la paroi cellulaire dans le sens de la croissance chez les plantes vivantes. Une équipe de chercheurs dirigée par Cris Kuhlemeier de l'Institut des sciences végétales de l'Université de Berne en Suisse a créé un système qui fait exactement cela.

"Intuitivement, la façon la plus simple de le faire est d'étirer la plante et de regarder de combien chaque cellule s'étire, " explique la première auteure Sarah Robinson. En utilisant ce principe, les chercheurs ont bricolé un pipeline robotique qui combine des pièces personnalisées et disponibles dans le commerce. Ils ont conçu un dispositif spécialisé qui maintient les plantes en place sans les endommager, puis les étire sous une traction définie. Le dispositif, qui est monté sur un microscope, est contrôlé par un logiciel qui permet à l'utilisateur de spécifier la durée et le degré d'étirement. Des images haute résolution de la plante sont prises pendant l'étirement, et un logiciel personnalisé utilise les images pour calculer les propriétés mécaniques dans différentes régions de l'usine. Les auteurs ont nommé l'appareil ACME d'après la société fictive présentée dans les dessins animés Road Runner/Wile E. Coyote, parce qu'ils ont été inspirés par les efforts inlassables de Wile E. Coyote. "Heureusement, à la fin, nous avons eu plus de succès, mais certains de nos prototypes étaient moins élégants et impliquaient beaucoup de scotch, " plaisante Sarah.

En utilisant ACME, les auteurs ont démontré que les cellules des tiges des plantules présentent un gradient de propriétés mécaniques en présence de l'hormone de croissance végétale acide gibbérellique. Par ailleurs, ils ont utilisé leur système polyvalent pour montrer que l'étirement induit des augmentations irréversibles de la longueur des cellules dans les cellules végétales vivantes, mais que les augmentations de la longueur des cellules sont partiellement inversées dans les tissus végétaux morts une fois que l'étirement s'arrête. Alors que l'ACME a été conçu pour accueillir de petits échantillons - le spécimen utilisé dans cette étude était une petite herbe connue sous le nom de cresson de thale - il peut facilement être adapté pour une utilisation avec des échantillons plus importants et différents systèmes d'imagerie.

L'équipe a mis à disposition gratuitement toutes les informations nécessaires à la création de ce système, afin que les phytotechniciens d'autres laboratoires puissent utiliser ACME dans leurs propres recherches. "ACME a de nombreuses applications et possibilités d'utilisation future, " dit Sarah Robinson. Par exemple, cet appareil peut nous aider à comprendre les mécanismes par lesquels divers intrants et traitements modifient la croissance des plantes au niveau cellulaire. Par ailleurs, il pourrait élucider les conditions et les traitements qui favorisent l'extensibilité de la paroi cellulaire des plantes, et ainsi améliorer la croissance des plantes au niveau cellulaire. Compte tenu de la demande croissante de production de biomasse, c'est une perspective très excitante.