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Les scientifiques pénètrent dans le monde secret de la communication des tomates

Les scientifiques pénètrent dans le monde secret de la communication des tomates

Les plantes peuvent faire des choses étonnantes. Comme si les merveilles de la photosynthèse ne suffisaient pas - la production d'oxygène à partir du soleil alimente la quasi-totalité de la vie sur Terre - des chercheurs ont collaboré avec les plantes sur des projets époustouflants.

Les scientifiques ont appris aux épinards à envoyer des courriels, ont produit de l'électricité à partir d'arbustes et ont découvert comment ils apprennent à leur progéniture à s'adapter au changement climatique.

Des chercheurs de l'université de l'Illinois Urbana-Champaign ont étudié ce qui se passe lorsque les tomates reçoivent la visite d'"amis" et d'"ennemis" : respectivement les microbes bénéfiques du sol et les chenilles. Leurs résultats nous permettent de mieux comprendre le style de communication de l'une des espèces les plus savoureuses au monde.

Esther Ngumbi, professeur adjoint de biologie intégrative à l'université et coauteur de l'étude récente, est intarissable sur ce qu'elle appelle "l'évangile de la chimie végétale".

"Les gens ont tendance à penser que les plantes ne sont pas intelligentes, mais nos études ont montré qu'elles réagissent activement à l'environnement qui les entoure par le biais de réactions chimiques", explique-t-elle.

Comment les plantes communiquent-elles ?

La chimie végétale, ajoute Esther Ngumbi, est le langage que les plantes utilisent pour communiquer. Elle prend la forme de composés organiques volatils (COV) qu'elles produisent pour interagir avec le monde extérieur.

Les COV peuvent être émis par les plantes pour diverses raisons, par exemple pour signaler une blessure, préparer leurs défenses ou s'avertir mutuellement des menaces qui pèsent sur l'environnement. Parfois, l'homme peut également capter ces signaux, par exemple en sentant l'odeur de l'herbe coupée.

Ces messages chimiques peuvent également être utilisés pour recruter des microbes bénéfiques du sol qui aident les plantes à pousser, tels que les champignons mycorhiziens arbusculaires (AMF). Ou encore pour appeler un prédateur d'insectes à l'aide lorsque leurs feuilles sont dévorées par un visiteur indésirable.

"Lorsqu'une chenille mâche une feuille, la plante envoie un signal aux prédateurs de la chenille. C'est comme un panneau d'affichage qui leur indique où se trouve le repas", explique Erinn Dady, un autre coauteur de l'étude, à l'équipe de l'Institut Carl R. Woese de biologie génomique.

Comme elles ne peuvent pas fuir le danger, ce type de lutte chimique donne aux plantes les meilleures chances de survie. La compréhension des facteurs qui influencent les émissions de COV nous aide à les aider.

Tradition et hybridation : que nous disent les tomates ?

Nous pourrions affaiblir les défenses des tomates hybrides.
Nous pourrions affaiblir les défenses des tomates hybrides. - Canva

En s'appuyant sur des recherches portant sur la manière dont les microbes du sol ou les chenilles peuvent influencer les COV, les chercheurs ont voulu examiner l'impact collectif des alliés et des ennemis des plantes.

Pour élargir le champ de l'étude, ils ont testé, au-delà des tomates cultivées industriellement, quatre variétés différentes couramment cultivées par les petits agriculteurs de l'Illinois, aux États-Unis. Deux hybrides ont été choisis sur cette base - Mountain Fresh et Valley Girl - et deux variétés traditionnelles biologiques, Amish Paste et Cherokee Purple.

Pour ces quatre variétés, les chercheurs ont comparé les réponses des plantes laissées à elles-mêmes, de celles exposées à l'AMF, aux chenilles ou aux deux. Les plantes âgées de huit semaines ont été enfermées dans un sac bloquant les odeurs pendant une heure afin de piéger les COV qu'elles libéraient. Cet air a ensuite été analysé pour en déterminer les différents composants chimiques.

Les résultats sont... quelque peu déroutants. Ajoutés séparément, l'AMF et les chenilles ont réduit les émissions volatiles des quatre variétés de plantes. Et les émissions n'ont pas beaucoup changé lorsque les deux étaient présents. On ne sait pas exactement pourquoi les champignons bénéfiques ont réduit les COV et pourquoi les plantes n'ont pas été plus sensibles aux chenilles qui les dévoraient.

Mais l'une des principales conclusions est que les tomates hybrides émettaient des quantités plus faibles de COV que leurs voisines anciennes.

"Les tomates anciennes - les grosses tomates juteuses que nous aimons tous - sont sélectionnées pour leur saveur. Les hybrides, quant à eux, sont cultivés pour la production conventionnelle à grande échelle, ce qui a un coût pour la plante", explique Esther Ngumbi.

"Nos travaux suggèrent que nos processus de sélection et d'hybridation compromettent les défenses de la plante".

Pourquoi les plantes mâchées par les chenilles ont-elles poussé davantage ?

Les tests sur les tomates ont donné un autre résultat déconcertant qui a conduit les chercheurs vers une nouvelle piste de recherche.

Ils ont également mesuré la croissance des plantes en surface et dans le sol. Sans surprise, les plantes associées à des champignons ont développé plus de feuilles et des structures racinaires plus complexes. Une preuve supplémentaire de l'incroyable capacité de coopération des champignons.

"Les AMF collaborent avec plus de 80 % des plantes terrestres, établissant un échange mutuel qui voit les champignons extraire des nutriments du sol en échange de carbone provenant des plantes", explique Erinn Dady. "Nous avons constaté que, en particulier dans le Cherokee Purple, les AMF peuvent conférer des avantages supplémentaires, notamment une croissance accrue et une plus grande émission de COV".

Mais les plantes "traitées" avec les chenilles ont également connu une croissance plus importante.

"Ces plantes avaient plus de biomasse dans leurs racines et au-dessus du sol, ce qui semble contre-intuitif parce qu'elles ont été partiellement mangées", s'interroge Erinn Dady.

"Il est possible que les chenilles aient déclenché une réaction de croissance, un peu comme lorsqu'on élague un arbre pour qu'il produise de nouvelles pousses". Esther Ngumbi émet également l'hypothèse que le nombre de chenilles n'était pas suffisant pour déranger les plantes, ou que les chenilles n'étaient pas assez affamées pour faire de réels dégâts.

"Il se passe beaucoup de choses en coulisses que nous ne comprenons pas encore", conclut Erinn Dady.