Différence entre croissance et développement de la plante

Introduction

- Croissance = augmentation des dimensions, c’est un aspect quantitatif, on va peser, soit une masse fraiche, soit une masse sèche. Les deux ont des inconvénients :

• La matière fraiche dépend de la quantité d’eau dans une plante, or celle-ci est variable
• La matière sèche permet un aspect quantitatif, mais l’individu est perdu (passage au four) donc un suivi temporel ne peut pas être envisageable.

- Le développement, inclus la croissance, mais aussi la différenciation des organes, tissu, forme, fonction... On a donc : l’organogénèse, l’histogénèse, morphogénèse… C’est un aspect qualitatif.

     Pour fabriquer un végétal, il faut 40 types de cellules. Chaque cellule suit son destin, de sa lignée cellulaire, mais est influencé par les interactions cellulaires.

I) Les plantes perçoivent les signaux

1 La perception de la température semble indirecte

1.1  Expérience historique de Went

Figure 1 a)

     La croissance de la plante dépend de la température, et l’effet le plus important est obtenu avec une différence de température entre le jour et la nuit.

Figure 1 b)

     Went décide de changer la température la nuit, et on constate que plus il fait froid la nuit, plus la tige est haute. Si la nuit est chaude, la plante sera petite.

On remarque également que la nuit provoque la floraison. On ne peut pas optimiser la croissance ET le développement, la régulation de ces deux paramètres est différente car elles ne nécessitent pas les mêmes paramètres.

1.2  Mécanisme de perception au niveau cellulaire

- Pas de capteur de température chez les plantes

- Enormément de biophysique pure (ex : une cellule congelé rapidement ou pas, avec un réchauffement brutale ou pas)

- Régulation très complexe des gènes, methylation de gène : Ajouter un groupement       –CH3 à l’ADN, certain gène sont surméthylés ou déméthylés quand il fait froid.

2 La perception de la lumière rouge dépend des phytochromes

     La lumière rouge se trouve entre 650 et 740nm, il y a le rouge proche de 650 à 680nm et le rouge sombre (lointain) de 710 à 740nm.     On les note R (rouge sombre) et FR (Far Red : rouge lointain).

2.1  Expérience historique de Flint et de Haupt

     1936, Flint a mis des graines de laitue sur du papier filtre, dans une boite de pétri.

Figure 2 : La dernière longueur d’onde et l’exposition sont le plus important, il existe un pigment chez la plante qui est peut percevoir R et FR, c’est le phytochrome. La protéine aura alors deux configurations.

Dès que l’on éclaire en FR, la protéine est en configuration Pr.

2.2  La grande famille des phytochromes

     Il existe toute une famille de phytochrome, différent d’une espèce à l’autre, qui ont un rôle différent d’une espèce à l’autre, et un rôle contraire d’une espèce à l’autre.

Exemple : La tomate

Figure 3

Certain phytochrome réagissent à la lumière, d’autre non. L’obscurité est équivalente à FR et la lumière à R. Le phytochrome est un homodimère, qui a, selon les phytochrome, entre 1120 et 1130 acides aminés. Un chromophore (partie qui capte la lumière) est accroché, c’est un noyau tétrapyrole linéaire.

Figure 4 :

Quand on éclaire en R (donc lumière), le chromophore passe en forme trans.

2.3  Exemple de l’évitement de l’ombre

Arabidopsis thaliana : cette plante va s’étioler

     La plantule reçoit FR (lumière), et va s’étioler : dès que le soleil est capté, la protéine est de configuration Pr (inactive). La forme active bouge vers le noyau, et régule un programme génétique.

3 La perception de la lumière bleue dépend des cryptochromes et des phototropines

3.1  Les cryptochromes

Bleu : de 350 à 500nm

     Chez les végétaux, ce sont des protéines monomères de 600acides aminés, et il y en a que deux : CR/1 et CR/2. Le cryptochrome est composé de deux chromatophores, la flavine et ptérine.

Figure 5 :

     Ces molécules sont chargées, ce qui explique le rôle de la lumière. Les cryptochromes sont transmembranaire dans la membrane plasmique cellulaire. Quand la lumière bleue est capté par les chromatophores, il se produit un mouvement d’électron, la membrane se dépolarise, la protéine se détache de la membrane, on l’a voit alors migrer vers le noyau.

3.2  Les phototropines

     Elles interviennent avec le phototropisme (fait d'être attiré vers la lumière), c’est un monomère de 1100 acides aminés, avec un seul chromatophore qui est une flavine.

Explications : La protéine se lie de façon non covalente à 2 flavines mononucléotide et comporte sur son extrémité C terminale une activité sérine / thréonine kinase.

Le domaine LOV (Light, Oxygen, or Voltage) des phototropines subit un blanchiment transitoire et réversible de l'absorption de 400-500 nm vers 390 nm. LOV transforme la délocalisation d’électron en signal chimique, les sérines et thréonine fixe un phosphate, et la protéine devient alors active.

- La protéine rentre dans le noyau à Cryptochrome

- La protéine se décroche, migre grâce à un signal amplifié par deux chromatophores

- Cascade de kinase qui active une protéine, puis une autre, etc.…

II)  Les plantes synthétisent des hormones

     Dans les organismes supérieurs, la coordination fonctionnelle et développementale entre les différents organes est contrôlée par différentes hormones. On parle alors de phytohormones. On parle également de facteur de croissance, mais cela correspond plutôt lorsque l’on applique des hormones de façon exogène. Une phytohormone, c’est une molécule organique qui, à de faible concentration, agit sur la croissance et le développement.

1 Les voies de synthèse des phytohormones sont très diverses

1.1  Phytohormones dérivées du terpène

     Terpène : grande famille, plus de 30000 molécules, on en découvre environ une toutes les semaines. Ex : Caroténoïdes, menthol… Les terpènes sont des polymères de molécules en C5. On trouve ces molécules dans les phytohormones.

Quelques hormones dérivées du terpène : Figure 6

- Les gibbérellines : rôle dans l’élongation cellulaire, une 100aines de molécules, qui diverse dans par leur groupement alcool et ou aldéhyde

- L’acide abscissique : rôle dans les mouvements d’eau et d’ion dans la cellule

- Les brassinostéroides : interviennent sur la croissance et les divisions cellulaires, mais aussi sur la résistance au froid des cellules. Une 10aine de molécules est connues. On la retrouve chez le chou

- Les cytokinines : une 10aine de molécules connues, elles interviennent dans les divisions cellulaires.

1.2  Phytohormone dérivée des acides aminés

Figure 7

- L’auxine, intervient sur la croissance cellulaire et sur la régulation du cycle cellulaire

- Ethylène, hormone sous forme de gaz, intervient dans la maturation et la sénescence

- Polyamine, maintiennent le pH cellulaire, et stabilise certaines molécules cellulaires

2 Les phytohormones sont transportées

2.1  Transport par les sèves

- La plupart des phytohormones sont transportées sous forme glycosylé, ou elles sont inactive. Ce transport a pour vitesse environ 1m/h

- Le transport peut se faire de cellules à cellules (pas n’importe quelles cellules), la vitesse est d’environ 1cm/h.

2.2  Le modèle chimiosmotique de transport de l’auxine

Le NPA (Acide Naphtyl Phthalamique) bloque les canaux transmembranaires de l’auxine.

Figure 8 : Par immunocytofluorescence, on détecte les canaux d’auxine. Ils sont orientés dans la cellule.

L’auxine peut exister sous deux formes :

- Extrémité COOH à pH bas, lipophile

- Extrémité COO- à pH élevé, hydrophile

Les compartiments cellulaires ont des pH différents.

Figure 9 : Les transporteurs en bas de la cellule permettent la sortie de l’AAI-.

- La rupture des liaisons H entre la cellulose et l’hémicellulose, fait passer la cellulose d’un état fibreux à un état mou

- Certaines enzymes fonctionnent à pH 5, comme la glucanase, qui coupe la cellulose, ce qui la rend encore plus mole.

- Les H+ sortant, entraine une différence de potentiel membranaire, donc d’autres ions rentrent dans la cellule, ce qui entraine une augmentation de la concentration cellulaire, l’eau va donc être aspirée dans la cellule, c’est la croissance cellulaire.

3 Le signal hormonal est perçu et transduit au niveau cellulaire

3.1  Perception et transduction

Transduction = décodage du signal en information génétique. Les mécanismes de transduction sont les même chez les animaux et chez les végétaux

Figure 10 : Perception du signal par un récepteur membranaire.

- L’hormone s’accroche au récepteur, qui change de conformation, ce qui fait passer le message aux protéines intermédiaires. Il s’en suit une cascade de kinase, qui active les protéines jusqu'à transmettre le signal au noyau.

- Le signal peut être transmis par l’intermédiaire d’absorption d’ion Ca2+. Le calcium change la conformation de la calmoduline, qui s’active, puis active une autre protéine…c’est une cascade de kinase.

- Le signal peut être transmis directement, l’hormone peut se fixer directement au traducteur

3.2  Quelques facteurs de transcription importants

3 types :

- Facteur MYB (rôle important dans la différenciation cellulaire)

- Facteur homéodomaine (rôle important dans la différenciation cellulaire)

- Facteur MADS (rôle essentiel dans la floraison)

Qu'est

Quelles sont les différentes étapes de développement d'une plante ?

Quelle est la croissance d'une plante ?