La recherche sur le quinoa détruit la théorie vieille de 100 ans des étranges petits « ballons d’eau »

Le quinoa et de nombreuses autres plantes extrêmement résistantes sont recouverts d’étranges « vessies » en forme de ballon qui, pendant 127 ans, étaient censées être chargées de les protéger de la sécheresse et du sel.

Les résultats d’une recherche menée à l’Université de Copenhague révèlent que ce n’est pas le cas. Ces cellules dites de la vessie remplissent une fonction complètement différente mais importante. Cette découverte laisse penser que des plants de quinoa encore plus résistants pourront désormais être cultivés, ce qui pourrait conduire à une culture beaucoup plus large de cette culture durable dans le monde entier. Les résultats sont publiés dans la revue Biologie actuelle.

En regardant au microscope, cela ressemble à un ballon d’eau. Ou une œuvre d’art en verre. Mais ce n’est qu’une cellule dite de la vessie. Si vous vous demandiez à quoi ça servait, vous ne seriez pas le premier. Pendant 127 ans, même les esprits les plus brillants en biologie végétale ont cru que les vessies remplies de liquide recouvrant les feuilles, les fleurs en grappes et les tiges d’une gamme de plantes rustiques étaient quelque chose de complètement différent de ce qu’elles sont aujourd’hui.

La découverte a été faite grâce à une nouvelle recherche de l’Université de Copenhague qui contredit complètement les attentes des chercheurs. Ces nouvelles connaissances pourront probablement être utilisées pour étendre la culture d’une culture particulièrement nutritive et résiliente au climat.

“Le quinoa a été présenté comme une culture d’avenir car il est riche en protéines et très tolérant à la sécheresse et au sel, et donc au changement climatique. Les scientifiques pensaient que le secret de la tolérance du quinoa résidait dans les nombreuses cellules épidermiques de la vessie à la surface de la Jusqu’à présent, on pensait qu’ils servaient de décharges de sel et de stockage d’eau. Mais ce n’est pas le cas, et nous en avons des preuves solides”, déclare le professeur Michael Palmgren du Département des sciences végétales et environnementales.

Rempart contre les nuisibles

Il y a trois ans, un groupe de recherche dirigé par Ph.D. L’étudiant Max Moog et son superviseur Michael Palmgren ont commencé à étudier les cellules épidermiques de la vessie des plants de quinoa d’une manière qui n’avait jamais été utilisée auparavant. L’espoir était de comprendre les mécanismes de la plante qui la rendent résistante au sel et à la sécheresse.

À cette fin, les chercheurs ont cultivé des plantes mutantes dépourvues de cellules vésicales pour comparer leurs réactions au sel et à la sécheresse avec celles de plants de quinoa sauvages recouverts de cellules vésicales.

À leur grande surprise, les chercheurs ont découvert que les cellules de la vessie n’avaient aucune influence positive sur la capacité de la plante à tolérer le sel et la sécheresse. Au contraire, ils semblent affaiblir la tolérance. Au lieu de cela, les cellules de la vessie servent de barrière contre les parasites et les maladies.

“Que nous versions de l’eau salée sur les plantes mutantes sans cellules vésicales ou que nous les exposions à la sécheresse, elles se sont comportées brillamment et contre toute attente. Quelque chose n’allait donc pas. D’un autre côté, nous pouvions voir qu’elles étaient fortement infestées de petits insectes, contrairement à les plantes recouvertes de cellules de la vessie. C’est à ce moment-là que j’ai réalisé que les cellules de la vessie devaient avoir une fonction complètement différente”, explique Max Moog, aujourd’hui postdoctorant au Département des sciences végétales et environnementales et premier auteur de l’étude.

Lorsque les chercheurs ont analysé ce qui est caché à l’intérieur des cellules de la vessie, ils n’ont pas trouvé de sel comme prévu, malgré l’ajout de sel supplémentaire à la plante. Au lieu de cela, ils ont trouvé des composés qui repoussent les intrus.

“Nous avons découvert que les cellules de la vessie agissent comme une barrière à la fois physique et chimique contre les parasites affamés. Lorsque de minuscules insectes et acariens se promènent péniblement sur une plante recouverte de cellules de la vessie, ils sont tout simplement incapables d’atteindre les pousses vertes juteuses qui les intéressent le plus. Et dès qu’ils tentent de ronger les cellules de la vessie, ils découvrent que leur contenu est toxique pour elles”, explique Michael Palmgren.

Entre autres choses, les cellules épidermiques de la vessie du quinoa contiennent de l’acide oxalique, un composé également présent dans la rhubarbe, qui agit comme un poison mortel sur les ravageurs.

Les expériences ont également démontré que les cellules de la vessie protègent même le quinoa contre l’une des maladies bactériennes les plus courantes chez les plantes, Pseudomonas syringae. Cela se produit probablement parce que les cellules de la vessie recouvrent partiellement les stomates des feuilles de la plante, point d’entrée de nombreux envahisseurs bactériens.

“Notre hypothèse est que ces cellules de la vessie protègent également contre d’autres maladies des plantes comme le mildiou, une maladie fongique qui limite fortement les rendements du quinoa”, explique Max Moog.

La clé d’un « super-quinoa » extra tolérant

Il existe des milliers de variétés de cette culture sud-américaine et la densité des cellules de la vessie à la surface de la plante varie d’une variété à l’autre. Mais de nombreux éléments suggèrent que la densité détermine l’efficacité de la protection des cellules de la vessie.

“Les variétés de quinoa avec une densité plus élevée de cellules vésicales sont probablement plus robustes contre les ravageurs et les maladies. D’un autre côté, elles peuvent être légèrement moins tolérantes au sel et à la sécheresse. Et vice versa. Ces variations ne changent rien au fait que le quinoa est généralement très résistant au sel et à la sécheresse. Mais l’explication doit être trouvée ailleurs que dans les cellules de la vessie”, explique Max Moog.

“Grâce aux efforts visant à étendre la culture du quinoa dans le monde, les nouvelles connaissances peuvent être utilisées pour adapter la culture à diverses conditions régionales. Par exemple, le sud de l’Europe connaît des conditions très sèches, tandis que les ravageurs constituent un problème plus grave que la sécheresse dans le nord de l’Europe. Ici en Europe du Nord, il serait logique de se concentrer sur les variétés de quinoa densément couvertes de cellules vésicales. »

Selon Michael Palmgren, les nouveaux résultats fournissent une recette concrète permettant de produire relativement facilement du « super-quinoa ». “Jusqu’à présent, ces cellules de la vessie ont été ignorées lors de la sélection du quinoa. Si vous souhaitez une culture très résistante aux ravageurs et aux maladies, tout en restant tolérante au sel et à la sécheresse, vous pouvez choisir de sélectionner des variétés densément couvertes de quinoa. Nous disposons peut-être désormais d’un outil qui nous permet simplement de procéder à des croisements pour obtenir un “super-quinoa” extrêmement tolérant”, explique Michael Palmgren.

Les résultats de la recherche ajoutent une nouvelle dimension à nos connaissances sur le quinoa. Jusqu’à présent, on savait très peu de choses sur la manière dont la plante se défend contre les attaques d’organismes hostiles.

“Maintenant, nous le savons, le quinoa n’est pas seulement tolérant aux facteurs de stress non biologiques comme la sécheresse et le sel, mais aussi aux influences biologiques telles que les parasites et les bactéries pathogènes. Et en même temps, nous avons découvert le secret de ces étranges cellules de la vessie. Cette recherche est un exemple de la façon dont ce qui est établi ne s’avère pas toujours vrai”, conclut le professeur.