Les scientifiques ont longtemps supposé que les sucres qui nourrissent les arbres sont poussés par la pression de l'eau des feuilles où ils sont créés vers les tiges et les racines où ils sont nécessaires.

Mais comment les arbres plus grands accomplissent-ils cette tâche, étant donné les distances plus longues que les nutriments doivent parcourir et la force plus importante qui semble nécessaire pour les transporter ?

Une équipe de neuf scientifiques, principalement de Harvard, a découvert une réponse avec une étude récente dont les résultats pourraient également aider à mettre fin à un débat de longue date sur la dynamique impliquée dans le transport du sucre dans les arbres. L'étude, dont les résultats sont détaillés dans le numéro du 4 décembre de la revue Plantes naturelles , déterminé que la résistance hydraulique au déplacement de la sève riche en sucre vers le bas des feuilles n'augmente pas avec la hauteur de l'arbre autant qu'on pourrait s'y attendre, en raison des caractéristiques physiques du système de transport.

Ils ont également constaté que « les pressions qui se développent dans les feuilles d'un chêne rouge mature sont suffisantes pour entraîner le transport des sucres jusqu'aux racines, " a déclaré Noël Michele Holbrook, membre de l'équipe de recherche, professeur de biologie et professeur de foresterie Charles Bullard au département de biologie organique et évolutive de Harvard.

« Nous avons maintenant la preuve que toutes les plantes, petites et grandes, utilisent le même mécanisme pour transporter les sucres, " a déclaré Holbrook. " Et nous comprenons maintenant comment les arbres peuvent devenir grands sans se heurter aux limitations de transport associées à leur taille. Notre recherche répond à un débat de plusieurs décennies sur la façon dont les sucres sont transportés dans les arbres."

L'étude est le prolongement d'une collaboration commencée en 2011 entre Holbrook et Michael Knoblauch, un biologiste des cellules végétales de la Washington State University. Knoblauch a dirigé le développement des instruments utilisés dans la recherche, tandis que les mesures ont été en grande partie effectuées à Harvard.

Outre Holbrook et Knoblauch, les principaux contributeurs du projet étaient Jessica Savage, un ancien étudiant postdoctoral de Harvard et Putnam Fellow à l'Arnold Arboretum qui est maintenant professeur adjoint à l'Université du Minnesota, et Kaare Jensen, un ancien étudiant postdoctoral de Harvard qui est maintenant professeur agrégé à l'Université technique danoise de Copenhague.

La recherche a été menée principalement à Harvard Forest à Petersham, Masse., et à l'Arboretum Arnold, une grande partie datant du passage de Knoblauch en tant que boursier Bullard à Harvard en 2013-14, selon Holbrook, qui est en congé sabbatique à l'Université de Tasmanie en Australie. Cinq autres membres de l'équipe sont titulaires ou anciens d'un doctorat. étudiants ou stagiaires postdoctoraux à Harvard.

"Nous voulions comprendre comment les arbres surmontent la pénalité hydraulique de l'augmentation de la taille, le simple fait qu'il faudrait plus d'énergie pour transporter des matériaux sur de plus longues distances, ", a déclaré Holbrook. L'équipe voulait également déterminer si les arbres utilisent les mêmes mécanismes de transport que les plantes plus petites.

Holbrook a déclaré que les sucres générés lors de la photosynthèse se concentrent dans « le phloème, " le tissu végétal utilisé pour les faire descendre de la canopée des arbres. Le sucre concentré aspire l'eau par osmose, construire une turgescence positive, ou la pression de l'eau, au sein des cellules. Cela à son tour "conduit la sève riche en sucre vers les endroits où les sucres sont utilisés".

"Le problème est que les modèles suggèrent que la résistance hydraulique pour le transport de la sève du phloème nécessiterait des gradients de pression très importants dans les grands arbres, ", a-t-elle déclaré. Cela a suscité des débats sur " si ce mécanisme était suffisant pour expliquer le transport du phloème dans ces arbres. " Certains scientifiques ont suggéré que des mécanismes existent pour ajouter de l'énergie le long de la voie.

L'équipe de recherche a pris des mesures approfondies de la structure des tubes conducteurs de sucre le long de nombreux arbres, tout en mesurant également la résistance hydraulique dans ces tubes.

"Pour goûter le phloème, l'un des tissus les plus délicats et les plus facilement blessés de la plante, nous avons dû couper l'écorce externe. Dans les grosses tiges, nous l'avons fait à l'aide d'un marteau et d'un ciseau, pas des outils que nous utilisons généralement en laboratoire, ", a déclaré Holbrook. L'équipe a également mesuré les pressions dans les feuilles d'un grand arbre à l'aide d'un microscope à fluorescence qu'ils ont hissé dans la canopée de l'arbre.

"Nous avons constaté que la résistance au déplacement de la sève du phloème riche en sucre n'augmente pas linéairement avec la longueur de transport car les cellules de transport du phloème dans la tige principale, surtout vers la base, étaient plus larges et plus longs et avaient également des plaques de tamis plus poreuses, ' », a déclaré Holbrook. « Ainsi, les pressions nécessaires pour conduire le transport du phloème sont bien inférieures à ce qui avait été prédit."

Elle a déclaré que les résultats de l'étude ont des implications importantes pour la production alimentaire.

"La majorité de la nourriture générée par la photosynthèse se déplace à travers le phloème, " dit-elle. " S'il existe des moyens de rendre les plantes plus productives en termes de photosynthèse plus élevée, alors ils auront également besoin de la capacité de transporter ces sucres vers les tissus que nous mangeons. Ainsi, comprendre comment les plantes créent des systèmes de transport efficaces pourrait contribuer au développement de cultures à plus haut rendement et d'arbres plus productifs. »

Cette histoire est publiée avec l'aimable autorisation de la Harvard Gazette, Journal officiel de l'université Harvard. Pour des nouvelles universitaires supplémentaires, visitez Harvard.edu.