Le géotropisme est l'influence de la gravité sur le mouvement des plantes. Le géotropisme vient des mots «géo» qui signifie terre et «tropisme» qui signifie mouvement provoqué par un stimulus (Öpik & Rolfe, 2005).
Dans ce cas, le stimulus est la gravité et ce qui bouge est la plante. Comme le stimulus est la gravité, ce processus est également appelé gravitropisme (Chen, Rosen et Masson, 1999; Hangarter, 1997).
Pendant de nombreuses années, ce phénomène a suscité la curiosité des scientifiques, qui ont étudié comment ce mouvement se produit dans les plantes. De nombreuses études ont montré que différentes zones de la plante poussent dans des directions opposées (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota et Gilroy, 2013).
On a observé que la force de gravité joue un rôle fondamental dans l'orientation des parties d'une plante: la partie supérieure, formée par la tige et les feuilles, pousse vers le haut (gravitropisme négatif), tandis que la partie inférieure est constituée de la racines, pousse vers le bas dans le sens de la gravité (gravitropisme positif) (Hangarter, 1997).
Ces mouvements gravitaires garantissent que les plantes remplissent correctement leurs fonctions.
La partie supérieure est orientée vers la lumière du soleil pour effectuer la photosynthèse, et la partie inférieure est orientée vers le bas de la terre, afin que les racines puissent atteindre l'eau et les nutriments nécessaires à leur développement (Chen et al., 1999).
Comment se produit le géotropisme?
Les plantes sont extrêmement sensibles à l'environnement, ceux-ci peuvent influencer leur croissance en fonction des signaux qu'elles perçoivent, par exemple: lumière, gravité, toucher, nutriments et eau (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
Le géotropisme est un phénomène qui se produit en trois phases:
Détection: la perception de la gravité est réalisée par des cellules spécialisées appelées statocystes.
Transduction et transmission: le stimulus physique de la gravité est converti en un signal biochimique qui est transmis à d'autres cellules de la plante.
Réponse: les cellules réceptrices se développent de manière à générer une courbure qui modifie l'orientation de l'organe. Ainsi, les racines poussent vers le bas et les tiges vers le haut, quelle que soit l'orientation de la plante (Masson et al., 2002; Toyota et Gilroy, 2013).
Figure 1. Exemple de géotropisme dans une usine. Notez la différence d'orientation des racines et de la tige. Edité par: Katherine Briceño.
Géotropisme dans les racines
Le phénomène d'inclinaison de la racine vers la gravité a été étudié pour la première fois il y a de nombreuses années. Dans le célèbre livre «Le pouvoir du mouvement dans les plantes», Charles Darwin a rapporté que les racines des plantes ont tendance à pousser vers la gravité (Ge & Chen, 2016).
La gravité est détectée à l'extrémité de la racine et cette information est transmise à la zone d'allongement, pour maintenir le sens de croissance.
S'il y a des changements d'orientation par rapport au champ de gravité, les cellules répondent en changeant leur taille, de telle sorte que la pointe de la racine continue de croître dans le même sens de gravité, présentant un géotropisme positif (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg, & Swarup, 2017; Wolverton et al., 2011).
Darwin et Ciesielski ont montré qu'il y avait une structure à l'extrémité des racines qui était nécessaire pour que le géotropisme se produise, ils ont appelé cette structure "capuchon".
Ils ont postulé que le capuchon était chargé de détecter les changements d'orientation des racines, par rapport à la force de gravité (Chen et al., 1999).
Des études ultérieures ont montré que dans la calotte il y avait des cellules spéciales qui sédimentent dans le sens de la gravité, ces cellules sont appelées statocystes.
Les statocystes contiennent des structures en forme de pierre, ils sont appelés amyloplastes car ils sont pleins d'amidon. Les amyloplastes, étant très denses, sédimentent juste à l'extrémité des racines (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017; Wolverton et al., 2011).
À partir d'études récentes sur la biologie cellulaire et moléculaire, la compréhension du mécanisme qui régit le géotropisme racinaire a été améliorée.
Il a été démontré que ce processus nécessite le transport d'une hormone de croissance appelée auxine, ce transport est connu sous le nom de transport de l'auxine polaire (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017).
Cela a été décrit dans les années 1920 dans le modèle Cholodny-Went, qui propose que les courbures de croissance sont dues à une distribution inégale des auxines (Öpik & Rolfe, 2005).
Géotropisme dans les tiges
Un mécanisme similaire se produit dans les tiges des plantes, à la différence que leurs cellules répondent différemment à l'auxine.
Dans les pousses des tiges, l'augmentation de la concentration locale d'auxine favorise l'expansion cellulaire; l'inverse se produit dans les cellules radiculaires (Morita, 2010; Taiz et Zeiger, 2002).
La sensibilité différentielle à l'auxine aide à expliquer l'observation originale de Darwin selon laquelle les tiges et les racines répondent de manière opposée à la gravité. Dans les racines et les tiges, l'auxine s'accumule vers la gravité, sur la face inférieure.
La différence est que les cellules souches répondent de manière opposée aux cellules racines (Chen et al., 1999; Masson et al., 2002).
Dans les racines, l'expansion cellulaire est inhibée sur la face inférieure et une courbure vers la gravité est générée (gravitropisme positif).
Dans les tiges, l'auxine s'accumule également sur la face inférieure, cependant, l'expansion cellulaire augmente et entraîne la courbure de la tige dans la direction opposée à la gravité (gravitropisme négatif) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Références
- Chen, R., Rosen, E. et Masson, PH (1999). Gravitropisme dans les plantes supérieures. Physiologie végétale, 120, 343-350.
- Ge, L. et Chen, R. (2016). Gravitropisme négatif dans les racines des plantes. Nature Plants, 155, 17–20.
- Hangarter, RP (1997). Gravité, lumière et forme végétale. Plant, Cell and Environment, 20, 796–800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH,… Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: Un modèle pour l'étude du gravitropisme des racines et des pousses (pp. 1–24).
- Morita, MT (2010). Détection directionnelle de la gravité dans le gravitropisme. Revue annuelle de biologie végétale, 61, 705–720.
- Öpik, H., et Rolfe, S. (2005). La physiologie des plantes à fleurs. (CU Press, Ed.) (4e éd.).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., et Swarup, R. (2017). Nouvelles connaissances sur la signalisation gravitropique racine. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155–2165.
- Taiz, L. et Zeiger, E. (2002). Physiologie végétale (3e éd.). Sinauer Associates.
- Toyota, M. et Gilroy, S. (2013). Gravitropisme et signalisation mécanique dans les plantes. American Journal of Botany, 100 (1), 111–125.
- Wolverton, C., Paya, AM et Toska, J. (2011). L'angle de la coiffe et le taux de réponse gravitropique sont découplés chez le mutant Arabidopsis pgm-1. Physiologia Plantarum, 141, 373–382.