La plasticité phénotypique en fonction de son environnement...
Chez les plantes comme chez les animaux, les gènes reflètent qui nous sommes. Ils définissent à quelle espèce nous appartenons ainsi que nos caractères qui feront de nous un individu unique. Par contre, les recherches démontrent qu’une seule séquence d’ADN pourrait produire plusieurs combinaisons de caractéristiques différentes chez un individu. C’est ce que nous appelons la plasticité. Particulièrement présente et étudiée chez les plantes, la plasticité est un concept passablement récent et beaucoup de mystère règne encore sur les mécanismes sous-jacents de ce phénomène.
Définition La plasticité phénotypique se définit comme la capacité pour une cellule ou un individu, à partir d’une séquence génétique unique (appelé un génotype) présente dans son génome, d'exprimer une à plusieurs caractéristiques (appelées des phénotypes) selon différents contextes. Ces variations phénotypiques peuvent toucher aussi bien la morphologie (ex : maturation de la reine chez le rat-taupe nu, pousse de la barbe et du clitoris chez les sportives sous testostérones, etc) que le métabolisme (ex : malgré la différenciation cellulaire, toutes les cellules d'un même individu partagent en principe le même génome—à l'exception des chimères). En dehors du génotype, les facteurs influant sur le phénotype peuvent être de toute nature (marquage épigénétique, substance chimique, déclencheur physique, etc) et intervenir à différentes étapes voire tout au long de la vie de l'individu (de sa création/fécondation à sa mort).
Par exemple et sans modifier le génome, il est possible d'altérer le système reproducteur ou encore les patrons de développement chez des individus immatures (ex : néoténie occasionnelle ou habituelle selon les espèces d'urodèles). Plusieurs études se basant sur les techniques de génétique comparative et quantitative ainsi qu’une approche moléculaire permettent de découvrir une .
Cette aptitude est particulièrement développée chez les plantes, chez qui des changements s’effectuent à différents niveaux (ex : développement, résistance aux pathogènes, etc). Ces modifications sont extrêmement importantes en ce qui concerne la compréhension de la diversification, l’évolution et la distribution écologique des plantes dans la variété d’écosystème se trouvant sur Terre. Les capacités de modification varient selon les génotypes, les espèces et même les différentes populations d’une même espèceSultan, S. E. (2000). Phenotypic plasticity for plant development, function and life history. Trends in plant science, 5(12), 537-542.. Ainsi, un seul génotype permettrait à une certaine population de maintenir ses fonctions reproductives et vitales même si certains facteurs abiotiques (partie de l’environnement qui ne fait pas partie du vivant comme le pH, le degré d’humidité ou le facteur vent) varient au fil du temps. L’espèce se retrouve alors munie d’un génotype unique lui permettant un fitness (capacité de survie et de reproduction dans son milieu) élevé dans plusieurs environnements différents Sultan, S. E. (1995). Phenotypic plasticity and plant adaptation. Acta Botanica Neerlandica, 44(4), 363-383.. C’est pourquoi l’étude de la plasticité végétale est un sujet en plein essor depuis les quinze dernières années.
Histoire vignette|feuille particulière de Drosera rotundifolia : Plante carnivore poussant sur des sols pauvres, La plasticité phénotypique a toujours été un savoir omniprésent chez les biologistes. En effet, les protocoles d’expériences ayant des conditions strictement contrôlées sont des conséquences directes de la prise en compte de ce phénomène naturel dans les laboratoires. Ce n’est que très récemment que la plasticité est devenue un terme et un concept universellement accepté embrassant la diversité impressionnante des phénotypes. Ainsi, ce mécanisme important a prouvé son importance dans la compréhension de comment les organismes se développent, évoluent et survivent dans un vaste intervalle de conditions environnementales. La définition du génotype est donc passée d’un patron menant à un seul résultat à une définition plus flexible énonçant plutôt un répertoire phénotypique régi par les conditions environnementales. À la suite de cette définition, les biologistes s’entendent alors pour dire que les phénotypes sont des résultats de systèmes de développements complexes influencés par les gènes ainsi que les facteurs environnementaux.
La découvert de la plasticité phénotypique chez une grande variété d’organisme macroscopique et microscopique survient dans les années 1990. Malgré le fait que la plasticité est reconnue chez les petits mammifères, les poissons, les insectes, les amphibiens, les invertébrés marins, les algues et même les lichens, les plantes restent l’organisme le plus étudié. La raison est bien simple, les résultats sont souvent spectaculaires face aux changements environnementaux dans leur développement. De plus, les plantes peuvent être facilement clonées ou autofécondées et elles sont capables de pousser dans des environnements très variables. C’est pourquoi les connaissances en plasticité sont particulièrement étendues sur les espèces végétales.
Initialement, la recherche se concentrait surtout sur les descripteurs simples de la croissance et de la morphologie de la plante comme le nombre de branches, la quantité de feuilles, la taille du plant ou encore la quantité d’énergie allouée aux différentes structures de la plante. Avec le temps, les scientifiques se sont plutôt penchés sur des aspects de la plasticité plus directement liés avec la capacité de reproduction et de survie de la plante dans son environnement. Les expériences se sont raffinées et les caractères limitant se rapprochent plus de la réalité écologique des plantes, laissant de côté l’expérimentation à l’aide de conditions déterminées arbitrairement pour faire place à une expérimentation plus appliquée. En mettant l’emphase sur l’écologie et l’aspect évolutif de la plasticité, les recherches plus récentes ont démontré plusieurs mécanismes diversifiés et parfois subtils de réponse plastiques chez les plantes remettant en question les origines évolutives de ces outils. Cela permet aussi de questionner au niveau écosystémique l’implication de la plasticité phénotypique chez les plantes.
Au début du , l’importance de comprendre les mécanismes de la plasticité est une priorité. La réalisation que les plantes sont une source de nourriture et de matériaux renouvelables est devenue un critère urgent dans l’objectif d’accomplir un développement durable. Une des problématiques les plus importantes de notre siècle est l’exploitation responsable des ressources, liées étroitement avec l’agriculture. La compréhension de comment les plantes peuvent survivre à des stress abiotiques et biotiques est impériale surtout dans une période où les changements climatiques sont préoccupants. Encore plus particulièrement chez les plantes, puisque celles-ci n’ayant pas la capacité de se mouvoir dans leur environnement, elles sont à la merci de leur environnementShao, H. B., Guo, Q. J., Chu, L. Y., Zhao, X. N., Su, Z. L., Hu, Y. C., & Cheng, J. F. (2007). Understanding molecular mechanism of higher plant plasticity under abiotic stress. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 54(1), 37-45..
Manifestation de la plasticité chez les plantes
Traits fonctionnels Les traits fonctionnels sont les caractéristiques d’une plante lui permettant d’acquérir des ressources comme l’eau, des nutriments du sol ou la lumière du soleil. Le fait d’avoir une certaine flexibilité dans ces traits est un avantage indiscutable. En effet, cela lui permet de se protéger d’une carence en nutriments qui pourrait grandement nuire à son fitness. Par exemple, plus de biomasse pourrait être détournée vers les racines si le sol est pauvre ou vers les feuilles si la luminosité est faible. Ces modifications sont plutôt sur le long terme, mais une certaine plasticité à court terme des traits fonctionnels est aussi possible. Par exemple, l’individu peut modifier l’angle de ses feuilles et l’intensité de sa réponse photosynthétique selon l’intensité lumineuse au fil de la journée ou encore changer l’ouverture de ses stomates afin de limiter les pertes d’eau lors d’une journée chaude et sèche. Que la plasticité soit à long ou à court terme, cette capacité influence grandement l’habileté de l’individu à s’étendre sur un territoire varié ainsi qu'à résister aux stress abiotiques qu’il pourrait subir .
Développement Les plantes peuvent aussi répondre à l’environnement en modifiant leur patron de développement. Les traits touchant l’anatomie des structures de la plante, comme la vascularisation des feuilles, peuvent être altérés lors du développement afin de s’ajuster aux changements. Par exemple, les plantes de type légumes (famille des fabacées.) varient la quantité de nodosités de symbiose selon que les bactéries symbiotiques sont présentes ou non dans leur environnement. Les changements effectués sont répartis dans quatre sous-catégories :
hétérométrie : changement de taille ou de quantité ; hétérochronie : changement de timing du développement ; hétérotopie : changement de disposition d’une structure ; hétérotypie : changement de type de structure.
Même le timing de la plasticité du développement est plastique. En effet, certains changements peuvent être seulement possibles dans les étapes hâtives du développement ou beaucoup plus tard. Les variations seront différentes selon le génotype d’un individu, l’espèce et la population..
Cycle de vie vignette|Différents stades de développement d'une plante, passant par pollen, graine, fleur, bourgeonnement etc. Des recherches approfondies ont permis de découvrir que les cycles reproducteurs pouvaient aussi être influencés par la plasticité. Par exemple, le ratio de fleurs unisexuées (staminées) et de fleurs hermaphrodites est influencé par le statut de nutrition de la plante. Aussi, une plante qui est normalement auto-incompatible (qui a normalement besoin d’un autre individu afin de se reproduire) peut subitement devenir autoféconde dans une situation où les fleurs les plus âgées n’ont pas produit de fruit. Cette modification permet de produire des fruits et ce même si le croisement avec un autre individu n’a pas pu s’effectuer. Les changements peuvent donc s’effectuer par rapport aux variations externes, mais aussi par rapport à la disposition des ressources ainsi que ses variations internes. Chez certaines herbacées, comme la salicaire commune, des facteurs abiotiques défavorables vont engendrer un retard dans le développement des structures reproductrice, comme les fleurs) afin de concentrer la biomasse dans les structures végétatives, comme les racines, les feuilles ou les tiges. De cette façon, l’individu peut avoir une chance d’attendre que des conditions favorables reviennent. Dans les sites systématiquement pauvres en nutriments, les individus auront tendance à avoir une durée de vie plus courte et auront une floraison plus hâtive, tandis que dans un milieu plus riche les plantes alloueront plus de biomasse aux structures végétatives, vivant ainsi plus longtemps et retardant leur floraison. Ces deux modification permettent de maximiser le fitness de chaque individu selon leur milieu respectif..
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