Les feuilles des plantes peuvent supporter des concentrations de sel beaucoup plus élevées que les racines. Le mécanisme sous-jacent peut aider à développer des cultures plus tolérantes au sel.

Lorsqu'il y a un manque d'eau, de chaleur ou d'irrigation intensive, le niveau de sel commun (chlorure de sodium) dans le sol augmente. Cependant, la plupart des cultures sont sensibles au sel. Ils réagissent à l'augmentation de la salinité du sol en réduisant considérablement leur croissance. Cela entraîne une réduction de la récolte.

Une fois absorbé du sol par les racines et transporté avec le flux d'eau vers les pousses et les feuilles, le sel peut exercer son effet toxique sur le métabolisme de la plante. Dans leur dernière publication dans la revue New Phytologist, des chercheurs en plantes de la Julius-Maximilians-University (JMU) Würzburg en Bavière, en Allemagne, montrent comment la plante peut échapper à ce dilemme. .

Le biophysicien professeur Rainer Hedrich et son équipe ont développé une méthodologie qui peut être utilisée pour enregistrer facilement et rapidement comment les plantes détoxifient l'apport de sel dans leurs feuilles.

Le mouvement des feuilles comme indicateur du transport du sel

Pour étudier les mécanismes de désintoxication du sel dans les feuilles, le Dr Dorothea Graus en tant que premier auteur de la publication, le professeur Irene Marten et le Dr Kai Konrad ont utilisé des plants de tabac comme système modèle. Les espaces intercellulaires des feuilles de tabac peuvent être facilement et rapidement chargés avec des solutions de test à l'aide d'une seringue.

Afin d'enregistrer l'adaptation au stress salin aigu, l'intérieur des feuilles de tabac a été inondé d'une solution de sel marin à 30 % et la réaction a été enregistrée avec une caméra vidéo. Ce stress salin a provoqué une baisse de la pression dans les cellules foliaires, qui est devenue perceptible au fur et à mesure que la feuille s'affaissait.

"Nous étions préparés à cela", déclare Rainer Hedrich. "Mais le fait que la feuille se soit complètement remise de l'inondation de sel et soit revenue à sa position d'origine après seulement 30 à 40 minutes était plus qu'étonnant." La dose de sel injectée est restée dans la feuille, mais pas dans les espaces intercellulaires. Au lieu de cela, il a été absorbé dans le plasma cellulaire.

Le sel, qui réduisait la pression dans la feuille, était ainsi importé dans la cellule puis canalisé dans le plus grand compartiment cellulaire, la vacuole. Au cours de cette étape, l'eau initialement perdue par osmose rentre dans la cellule, après quoi la pression cellulaire augmente à nouveau et la feuille s'étire.

Comment le sel pénètre-t-il dans la cellule et comment finit-il dans la vacuole ?

Kai Konrad et Irene Marten expliquent que "les ions sodium pénètrent dans la cellule via des canaux ioniques et sont entraînés par le potentiel négatif de la membrane cellulaire. Les ions chlorure sont absorbés par des cotransporteurs chlorure-proton, qui sont alimentés par la force motrice du proton.

En raison de l'absorption de sel de chlorure de sodium dans le plasma cellulaire, le potentiel de membrane chute temporairement tandis que la concentration nette de protons diminue. Ces signaux, associés aux capteurs d'ions sodium, initient le transport du sel du cytoplasme vers la vacuole. Les investigations ont montré que le transport au niveau de la membrane vacuolaire co-détermine fortement ce qui se passe dans le cytoplasme et au niveau de la membrane cellulaire.

Kai Konrad ajoute :"En utilisant la détection basée sur la fluorescence de la concentration de protons, nous avons pu montrer que l'absorption d'ions sodium dans la vacuole s'accompagne d'un changement de concentration de protons dans le cytosol et la vacuole." Ceci était une indication de l'implication du transporteur NHX1 localisé dans la membrane de la vacuole, qui échange des ions sodium contre des protons de la vacuole pendant le stress salin. "Nous avons pu étayer cette hypothèse avec des lignées végétales dont les vacuoles ont montré une activité accrue de l'antiporteur ion-proton sodium NHX1", explique Kai Konrad.

Exception révolutionnaire au dogme calcique de la tolérance au sel

Dans les racines, une augmentation des ions calcium dans le cytoplasme déclenche des forces de répulsion des ions sodium qui rejettent les sels envahissants dans le sol. Ce mécanisme de protection du sel, également connu sous le nom de voie SOS, est également actif dans la racine de tabac. Cependant, l'équipe de recherche de Würzburg a été surprise de constater que les feuilles étaient capables de détoxifier la charge de sel administrée sans aucun signal de calcium.

Cela signifie que le dogme SOS basé sur les ions calcium n'est plus valable en ce qui concerne la gestion du stress salin dans les feuilles.

"Les racines de la plupart des plantes souffrent déjà lorsqu'elles sont confrontées au quart de la dose de sel que nous avons imposée à la feuille de tabac", explique Kai Konrad. Les feuilles ont donc apparemment une meilleure gestion du stress salin et donc une meilleure tolérance au sel que les racines. Dans le cas d'une salinisation persistante du sol, cependant, le réservoir de sel dans la vacuole des plantes cultivées se remplit et amène alors également la tolérance au sel dans la feuille à ses limites.

Mieux comprendre les mécanismes de toxicité du sel dans les feuilles pourrait aider à développer de nouvelles stratégies pour produire des cultures tolérantes au sel. À cette fin, l'équipe de recherche de Würzburg vise à utiliser des protéines de transport d'ions contrôlées par la lumière, appelées outils optogénétiques, pour modifier spécifiquement les rapports ioniques du sodium, du chlorure, des protons et du calcium dans la cellule et ainsi déchiffrer davantage les mécanismes de transport du sel et voies de signalisation impliquées. + Explorer plus loin

Vidéo :Pourquoi le sel change-t-il le goût de tout ?