Une étude lausannoise explique comment les plantes déterminent d’où vient la lumière

La majorité des organismes vivants (micro-organismes, plantes et animaux) ont la capacité de déterminer la provenance d’une source lumineuse, même en l’absence d’un organe de vision comparable à l’œil, a indiqué jeudi l'Université de Lausanne (UNIL) dans un communiqué.

Cette donnée est particulièrement importante pour les plantes qui utilisent la direction de la lumière pour optimiser la position de leurs organes, un phénomène connu sous le nom de phototropisme. Cela leur permet d’améliorer la capture des rayons du soleil qu’elles transforment ensuite en énergie chimique par le processus de la photosynthèse.

Un mystère scientifique

Bien que le photorécepteur qui initie le phototropisme soit connu de longue date, les propriétés optiques du tissu végétal photosensible demeuraient jusqu’ici un mystère.

Une étude multidisciplinaire combinant les équipes de Christian Fankhauser, directeur du Centre intégratif de génomique de l'UNIL, et d'Andreas Schüler, directeur du groupe Nanotechnology for Solar Energy Conversion à l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et du Centre de microscopie électronique de l’UNIL, permet d’y voir plus clair.

Transparence intrigante

"Tout est parti de l’observation d’un mutant de l’espèce modèle Arabidopsis thaliana, l’arabette des dames, dont la tige était étonnamment transparente", retrace Christian Fankhauser, qui a dirigé ces travaux.

Le biologiste décide alors de s’adjoindre les compétences de son confrère ingénieur Andreas Schüler, afin d’étudier plus avant les propriétés optiques spécifiques aux deux types d’échantillons: mutant versus sauvage.

"Nous avons constaté que l’effet laiteux perçu chez les plantes sauvages était en fait dû à la présence d’air dans des canaux intercellulaires situés dans divers tissus végétaux, et notamment au niveau d’une partie de la tige appelée hypocotyle. Chez les spécimens mutants, l’air est remplacé par un liquide aqueux, ce qui leur confère un aspect translucide", poursuit le chercheur, cité dans le communiqué.

Comme un arc-en-ciel

Ces canaux remplis d’air permettent à l’organe photosensible d’établir un gradient de lumière "lisible" par la plante. Celle-ci peut alors déterminer l’origine de la source lumineuse. Ce phénomène est dû aux propriétés optiques différentes de l’air et de l’eau qui composent la majorité des tissus vivants.

Plus précisément, l’air et l’eau ont des indices de réfraction bien distincts. Cela mène ainsi à une diffusion de la lumière lorsqu’elle traverse l’hypocotyle de la plantule. "Nous avons tous observé ce phénomène en admirant un arc-en-ciel", souligne Martina Legris, postdoctorante au sein du groupe du Pr Fankhauser et co-première auteure de l’étude.

Cette étude a également servi à mieux comprendre la formation des canaux intercellulaires remplis d’air, dont les fonctions chez les plantes, outre la formation de gradient de lumière, peuvent être très diverses.

ats/ami