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Comment les plantes découvrent-elles les secrets de la lumière et contrôlent-elles leurs processus de croissance ?
La lumière n’est pas seulement la source d’énergie permettant aux plantes de réaliser la photosynthèse, mais également un facteur environnemental important pour leur croissance et leur développement. De nombreuses études ont montré que les plantes utilisent différents mécanismes de détection de la lumière pour réaliser un processus appelé photomorphogenèse, qui est la capacité des plantes à ajuster leurs modèles de croissance en réponse aux changements du spectre lumineux. Ce mystérieux mécanisme de régulation de la croissance rend les scientifiques encore plus curieux : comment les plantes déchiffrent-elles les secrets de la lumière et affectent-elles leur croissance ?
Histoire de la photomorphogenèse
Théophraste, philosophe grec de l'Antiquité, fut l'un des premiers à étudier la photomorphogénèse. Il remarqua les effets de la lumière sur le développement des plantes, en particulier les différentes propriétés du bois des pins produites dans différentes conditions d'éclairage. En 1686, John Ray mentionne l'étiolement dans son livre Sur l'histoire des plantes, et Charles Bonnet définit l'étiolement en 1754. Le nom de ce processus est « étiolement ».
Les étapes clés de la photomorphogenèse
Germination des graines
La lumière a un effet profond sur le processus de germination des plantes. Lorsque les graines en germination sont exposées pour la première fois à la lumière, les racines apparaissent généralement en premier, suivies de la croissance des pousses. Ce processus montre comment les plantes utilisent les signaux lumineux pour ajuster la croissance des racines et des pousses. Différentes réponses de croissance sont régulées par des hormones.
Développement des semis
Lorsque les plantes poussent dans un environnement pauvre en lumière, elles présentent un trait appelé développement étiolé. Ces plantules ne passent rapidement à la photomorphogenèse que lorsqu'elles sont exposées à la lumière. Au cours de ce processus, les caractéristiques des plantules étiolées sont significativement différentes de celles des plantules qui ont reçu de la lumière :Caractéristiques de l'étiolement : crochet apical proéminent, pas de feuilles, pas de chlorophylle, allongement rapide de la tige, croissance limitée du rayonnement de la tige.
Caractéristiques morphologiques légères : ouverture du crochet apical ou division de l'embryon, promotion de la croissance des feuilles, production de chlorophylle, inhibition de l'allongement de la tige et promotion de l'allongement des racines.
Photopériodicité
Certaines plantes s'appuient sur des signaux photopériodiques pour décider quand passer de la croissance végétative à la floraison. Ce phénomène est appelé photopériodisme et utilise des récepteurs de lumière rouge (phytochromes) pour évaluer la durée du jour. La durée de la photopériode affecte la période de floraison de la plante, lui permettant de s'adapter aux changements saisonniers.
Photorécepteurs chez les plantes
Les plantes perçoivent la lumière à travers différents photorécepteurs, en particulier les bandes lumineuses bleues, rouges et rouges lointaines.
Lumière rouge et lumière rouge lointaine
Les plantes utilisent des phytochromes pour détecter la lumière rouge et rouge lointain, et ces signaux pilotent la photomorphogenèse. Ces protéines réceptrices de lumière rouge peuvent ajuster le comportement de croissance de la plante dans différents environnements lumineux. Il est à noter que différentes formes de phytochrome régulent différentes réponses de croissance et, lorsqu’une forme est absente, d’autres peuvent prendre le relais de sa fonction.
Bleu-ray
Les plantes contiennent une variété de photorécepteurs de lumière bleue, qui ont des fonctions différentes et sont principalement responsables de la régulation de la réponse de croissance des plantes sous la lumière bleue. La découverte de récepteurs de lumière bleue fournit des indices clés pour comprendre comment les plantes ajustent leur croissance dans différentes conditions de lumière.
Lumière ultraviolette
Les plantes réagissent particulièrement bien à la lumière ultraviolette, en particulier aux ultraviolets B (UV-B), qui affectent la germination et la croissance des plantes. Les récepteurs de lumière UV tels que UVR8 peuvent détecter les UV-B et réguler la croissance et le développement des plantes par différentes voies biochimiques. De plus, les plantes doivent faire face aux dommages causés par les UV, ce qui nécessite qu’elles disposent de mécanismes d’adaptation.
Grâce à ces mécanismes de perception complexes, les plantes sont capables de trouver leur propre espace de vie dans la lumière changeante. Cela reflète non seulement la sensibilité des plantes à l’environnement extérieur, mais nous donne également une compréhension plus profonde de l’adaptabilité de la vie. Dans de telles circonstances, quelles stratégies les plantes adopteront-elles pour assurer leur survie et leur reproduction face à un environnement changeant ?
