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2009 : POLCA et la perception de la gravité par les plantes.
C’est grâce à la gravité que les racines pénètrent dans le sol pour y puiser l’eau et les éléments minéraux. C’est à cause de la gravité que les organes aériens croissent verticalement pour photosynthétiser. L’étude de la perception de la gravité et de ses conséquences revêt donc une importance fondamentale dans la compréhension des mécanismes du développement des végétaux.
Le cytoplasme (contenu d’une cellule vivante) des racines de végétaux contient différentes structures spécialisées :
- des cellules appelées statocytes et localisées à l’extrémité des racines,
- des amyloplastes spécialisées dans le stockage de l’amidon,
- le reticulum endoplasmique qui joue un rôle vis-à-vis des protéines,
- ...
Les statocytes ont la particularité de présenter une polarité structurale par rapport à la gravité conduisant à des interactions avec les amyloplastes et le reticulum endoplasmique.
Sous l’effet d’un stress gravitropique, le déplacement des amyloplastes induit une modification de leurs contacts avec le reticulum endoplasmique qui serait à l’origine des mécanismes de transduction conduisant à une courbure gravitropique.
L’expérience PolCa a été réalisée à bord de la station internationale dans l’instrument européen Kubik.
Son objectif était de disséquer les effets d’un changement des interactions amyloplastes-reticulum endoplasmique sur la distribution du calcium pour mieux comprendre les mécanismes de perception de la gravité chez les plantes.
Les cassettes, contenant une chambre de culture, un réservoir d’eau et un réservoir dédié aux fixateurs chimiques, ont été conçues par le CNES.
Les graines de colza ont été préalablement disposées sur un papier filtre. Une fois dans l’ISS, l’expérience a été activée automatiquement par l’hydratation des graines.
Les jeunes germinations de colza ont été soumises à une des situations suivantes :
- une croissance en microgravité
- une croissance en centrifugeuse, constituant le témoin
- une croissance en microgravité suivie d’une brève croissance en centrifugeuse 1 g
- inversement, une croissance en centrifugeuse 1 g suivie d’une brève croissance en microgravité.
Après 40 h de croissance, le fixateur a été injecté automatiquement dans les chambres de culture. Au retour au sol, les échantillons ont été préparés en vue de leur observation au microscope.
Situation 1
Orientation des racines de colza après 40h de germination en microgravité - crédit : V. Legué Université de Nancy
Situation 2
Orientation des racines de colza après 40h de germination en centrifugeuse 1 g (placée dans ISS) - crédit : V. Legué Université de Nancy
L’analyse de la répartition des amyloplastes montre que celle-ci est modifiée dans les quatre conditions étudiées, suggérant qu’une absence de la pesanteur affecte la polarité des statocytes. De plus, un changement 1 g-microgravité ou inversement (conditions 3 et 4) induit un très faible déplacement des amyloplastes.
Les observations réalisées en microscopie électronique à transmission révèlent la présence de précipités dans les statocytes de racines, près des amyloplastes. Cette distribution n’est pas significativement différente de celle observée dans les racines cultivées en microgravité. En revanche, un changement de la polarité des statocytes obtenue lors d’un changement du niveau de gravité induit une augmentation de nombre de précipités de calcium.
Ainsi, cette expérience spatiale spatiale a constitué un outil formidable pour modifier la polarité des statocytes en conditions de microgravité. Un très faible déplacement des amyloplastes induit une modification de l’homéostasie calcique (capacité que peut avoir un système quelconque (ouvert ou fermé) à conserver son équilibre de fonctionnement en dépit des contraintes qui lui sont extérieures) et confirmerait l’hypothèse selon laquelle le récepteur du signal gravité est localisé à proximité des amyloplastes.