Pour chasser les mouches et autres petits animaux, l'attrape-mouche de Vénus doit être plus rapide que sa proie. Pour ce faire, elle a mis au point un organe de capture qui se referme en une fraction de seconde et est contrôlé par les réseaux de signalisation les plus rapides connus chez les plantes. Un signal électrique appelé potentiel d'action est au cœur de ce réseau. Lorsqu'une mouche touche l'un des six poils sensoriels de l'attrape-mouche de Vénus, un potentiel d'action est généré, armant l'attrape-mouche. Un deuxième potentiel d'action déclenche enfin l'organe de capture.

Le fait que des signaux électriques permettent à l'attrape-mouche de Vénus d'attraper des proies est connu depuis plus de 150 ans. Une équipe dirigée par le professeur Rainer Hedrich, biophysicien à l'Université Julius Maximilians (JMU) de Würzburg, en Allemagne, a maintenant étudié les composants moléculaires responsables de la génération du potentiel d'action, une question jusque-là inexplorée. Dans le numéro actuel de la revue Current Biology , les scientifiques présentent maintenant les résultats de leurs travaux. Ils se concentrent sur les canaux récepteurs du glutamate et les protéines de transport d'ions qui initient le potentiel d'action et le maintiennent.

Lorsque l'attrape-mouche de Vénus devient électriquement excitable

Une question fondamentale pour l'équipe était de savoir à quel stade de son développement l'organe de capture de l'attrape-mouche de Vénus devient électriquement excitable en premier lieu. La réponse a été donnée par le premier auteur Sönke Scherzer :"Ce n'est que lorsque le piège est complètement développé et s'ouvre pour la première fois qu'il déclenche ses potentiels d'action archétypaux."

Un potentiel d'action se manifeste par une déviation transitoire du potentiel de membrane d'une cellule - la tension électrique entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule. Au cours d'un potentiel d'action, le potentiel de membrane chute généralement rapidement pendant la dépolarisation, pour remonter à nouveau lors de la repolarisation ultérieure, initialement au-dessus de la valeur de repos d'origine avant de se rapprocher lentement de sa valeur d'origine. Le potentiel d'action de l'attrape-mouche de Vénus ne dure généralement qu'une à deux secondes et se propage sous forme d'onde.

Pour la communication au sein de la cellule ainsi qu'entre les cellules, les tissus et les organes, les plantes utilisent en outre des ondes de calcium, qui sont médiées par Ca ²⁺ chargé positivement ions, servant de messagers secondaires. "En utilisant des attrape-mouches qui portaient le gène d'une protéine rapporteur d'ions calcium, nous avons pu montrer que les potentiels d'action et les signaux calciques non seulement fonctionnent de manière coordonnée, mais se propagent également à la même vitesse", explique Rainer Hedrich.

Découverte surprenante dans la constitution génétique

Avec l'expertise d'Ines Kreuzer et d'Anda Iosip, l'équipe a ensuite identifié les gènes qui codent pour cette voie de signalisation. "L'attrape-mouche de Vénus a besoin de moins d'une demi-journée pour ouvrir son organe de piégeage pour la première fois", explique Kreuzer. "Nous avons donc examiné les gènes qui s'expriment de manière différentielle lorsque le piège entre dans sa phase excitable."

Parmi les gènes les plus exprimés, l'équipe de Würzburg a identifié un canal récepteur du glutamate - une observation surprenante, déclare le co-auteur Manfred Heckmann, titulaire de la chaire de physiologie spécialisée en neurophysiologie à la JMU. "Le glutamate fonctionne comme un neurotransmetteur chez l'homme. Si les canaux de la plante fonctionnent également comme des canaux récepteurs du glutamate, la stimulation avec le glutamate doit déclencher un signal d'ion calcium et un potentiel d'action", explique Heckmann.

Des profils d'expression génique au modèle AP

Les nouvelles connaissances acquises par l'équipe de recherche de Würzburg ne permettent qu'une seule conclusion :l'afflux d'ions calcium initie le potentiel d'action via le canal récepteur du glutamate. La question demeure :comment le potentiel d'action s'accélère-t-il ?

Après un examen plus approfondi des gènes, un canal anionique, un canal potassique et une pompe à protons ont attiré l'attention de l'équipe en tant qu'acteurs potentiels de ce processus. Avec l'aide du professeur Ingo Dreyer, ancien boursier de la JMU, qui travaille maintenant comme bioinformaticien en biophysique à l'Université de Calca au Chili, ils ont pu décrire le processus en détail.

En conséquence, les ions calcium qui pénètrent dans les cellules pièges via les canaux récepteurs du glutamate représentent l'allumeur. En tant que seconds messagers, ils initient l'ouverture des canaux anioniques. L'efflux d'anions entraîne une dépolarisation du potentiel de membrane. La dépolarisation ouvre à son tour les canaux ioniques potassium, initiant la phase de repolarisation via l'efflux de potassium. Au fur et à mesure que la repolarisation progresse, la pompe à protons prend le relais pour ramener le processus à son état initial.

Le potentiel d'action complexe de l'attrape-mouche de Vénus

Ainsi, comparé à ses victimes, le potentiel d'action de l'attrape-mouche de Vénus est de loin plus complexe. "Alors que le potentiel d'action des humains et des mouches est basé sur un seul canal sodique et un seul canal potassique, le piège à mouches de Vénus possède deux composants supplémentaires", explique Rainer Hedrich.

Ainsi, un parent du canal potassique de la mouche, avec la pompe à protons, garantit la repolarisation du potentiel d'action dans le piège à mouches. Les canaux sodiques ne jouent aucun rôle dans ce processus chez les plantes. Au lieu de cela, la dépolarisation du potentiel d'action du piège à mouches est obtenue par l'action concertée d'un canal calcique récepteur du glutamate et d'un canal anionique dépendant du calcium.

Perspectives et recherches futures

Les génomes des plantes codent pour environ 20 canaux récepteurs du glutamate mais n'ont pas de synapses. Pourquoi la plante a-t-elle besoin d'autant de récepteurs ? D'où vient le glutamate lors de la stimulation et comment est-il maintenu au repos ? L'équipe d'Hedrich prévoit de répondre à ces questions dans des études à venir. "Nous serons bientôt en mesure de clarifier cela à l'aide de capteurs de glutamate génétiquement codés dans les plantes", déclare Hedrich.

"En ce qui concerne la structure, la fonction et la régulation des canaux récepteurs du glutamate et des transporteurs de glutamate, nous avons actuellement plus de questions que de réponses. Il est possible que l'évolution nous montre la voie ici. Dans les toutes premières plantes terrestres, nous trouvons des espèces avec un seul canal récepteur du glutamate. La question est de savoir s'il existe un lien entre l'évolution de ces canaux et l'excitabilité des plantes. C'est ce que nous sommes déterminés à découvrir." + Explorer plus loin

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