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Dansleurenvironnementnaturel,lesorganismessontsoumisenpermanenceàdes

sollicitationsmécaniques.Ontrouvedessollicitationsmécaniquesinternes(croissanceet

différenciationcellulaire,pressiondeturgescence,poidspropredesorganes)ouexternes

(vent,toucher).Lacapacitédepouvoirpercevoiretrépondreàcessollicitationsestdonc

essentielleàlasurviedesplantesdansunenvironnementmécaniquefluctuant.

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Lesstimulimécaniquesinternessusceptiblesd’êtreperçusparl’organismesontde

différentstypes.

Au niveau cellulaire, la pression de turgescence exerce une force homogène et

multidirectionnellesurlaparoicellulaire(Schopfer,2006).Lesforcesduesàlaturgescence

généréesauseindelaparoipectoͲcellulosiquepeuventêtredifférentesautourdelacellule

enfonctiondelaformeetdelastructurelocaledelaparoi.Ainsiunecelluleentouréed’une

paroistructuralementhomogèneatendanceàcroîtredemanièreisotrope(souslaforme

d’unesphère).Lespropriétésmécaniquesdelaparoisontprincipalementdéterminéespar

Figure1:Systèmeexpérimentalpourétudierl’élongationdecellulesde

tabac. Après digestion enzymatique de la paroi, des protoplastes

sphériquessontproduitsavecdesmicrotubulescorticauxdésorganisés

(visualisésgrâceàdesanticorpsantiͲtubuline)(a).Enlesreplaçantdansun

milieu induisant l’élongation, la paroi pectoͲcellulosique se reforme

spontanément,lescellulesréorganisentleursmicrotubulesets’allongent

dès7jours(b)(d’aprèsFisheretCyr2000).

Celluleallongée

avecparoipectoͲ

cellulosique néoformée b Protoplaste sans paroi a Microscopieà contrastede phase Révélationdes anticorpsantiͲ tubuline

Figure2:Réorientationdesmicrotubulesaucoursd’unstressmécaniqueauseinduméristèmeapical

d’Arabidopsisthaliana.Modélisationdeszonesdestressmécaniqueetdel’orientationdesmicrotubules

dans le méristème: l’orientation des microtubules concorde avec les orientations des contraintes

maximales(a).Modélisationdel’orientationdescontraintesprincipales(lignesrouges)auseindescellules

du méristèmeavantet aprèsablation de la cellulecentrale (gaucheet droiterespectivement) (b).

Orientationdesmicrotubulesavantetaprèscetteablation(gaucheetdroiterespectivement)visualisés

grâceàl’utilisationdeplantestransgéniquescomportantunefusionentreledomainedeliaisond’une

protéines’associantauxmicrotubulesetlaGFP(vert)(c,barred’échelle=10µm=)(d’aprèsHamantetal.,

2008).

a

b

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résistantes(l’intensitédescontraintesdoitêtreélevéepourlesdéformeroulesrompre

respectivement).L’orientationdecesmicrofibrillesdecellulose,quipeutvarieraucoursdu

tempsetauseindelamêmecellule,génèreuneanisotropiedespropriétésmécaniquesde

laparoi,cequidéterminelocalementladirectiondelacroissancecellulaire.Typiquement,

danslescouchesrécemmentdéposéesdesparoisprimairesd’unecelluleenélongation,les

microfibrillesdecellulosesontorientéesperpendiculairementàl’axelongitudinaldela

cellule.Cetteorientationdesmicrofibrillesvadéterminerlesensdelacroissancecellulaire:

dans ce cas, selon l’axe longitudinal.Les propriétés mécaniques internes de la paroi

contribuentdoncàl’orientationdelacroissancecellulaire.Commentestcontrôléledépôt

localiséetorientédecesmicrofibrillesdecellulose?Lacelluloseestsynthétiséeàpartird’un

complexemultiprotéiquehexamèrique,appelécomplexecellulosesynthase(CSC).CeCSC

synthétise un faisceau de chaînes de ßͲ1,4Ͳglucane qui s’associent pour former les

microfibrillesdecellulose.Or,ilaétémontrérécemmentquelesmicrotubulescorticauxdu

cytosquelette contrôlent l’orientation des microfibrilles de cellulose en guidant les

mouvementsduCSC(Crowelletal.,2009).LaFigure1(FisherandCyr,2000)présente

l’orientationdesmicrotubulescorticauxdansunprotoplastedépourvudeparoi,sphérique

etsanscontrainte(Figure1a)ainsiquedansunecelluleavecsaparoi,encoursd’élongation

selonunaxelongitudinal:lesmicrotubulessontorientésperpendiculairementàcetaxe

(Figure1b).

Auseind’untissuorganisé,lescellulesinteragissentmécaniquementaveclescellules

avoisinantes.Cescontraintes,liéesàundifférentieldecroissanceentrelescellules,sont

appeléesautocontraintes(Mouliaetal.,2006),etpeuventêtretrèshétérogènesdansle

tempsetdansl’espace,ettrèsanisotropes(leurintensitévarieselonladirection).Des

étudesrécentessuggèrentquelamécanoperceptiondecessollicitationsinternesausein

d’untissujoueraitunrôleclépourlasynchronisationdelamorphogenèse.Ainsi,chez

Arabidopsisthaliana,ilaétédémontréquel’orientationdesmicrotubulescellulairesétait

parallèleàl’orientationdesautocontraintesmaximalesrencontréesauseinduméristème

(Figure2a,(Hamantetal.,2008).Enmodifiantcessignauxmécaniquesparablationde

cellulesinternesauméristème,lesauteursobserventuneréorientationdesmicrotubules

parallèlementàladirectiondessignaux(Figure2b).Cesrésultatssuggèrentquedessignaux

Figure3:Transcriptionectopiquedugèneventraltwistchezl’embryonde

drosophile en réponse à une déformation. La coupe longitudinale de

l’embryon montre l’expression ectopique du gène rapporteur lacZ sous

contrôledupromoteurdugèneTwistimpliquédansl’embryogenèseen

réponse à une déformation (constrained) appliquée au cours de la

cellularisation du blastoderme ou en absence de déformation

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l’orientationdesmicrotubulesducytosquelette.Chezlesanimaux,dessignauxmécaniques

internesliésauxautocontraintesontaussiunimpactaucoursdel’embryogenèse.Chezla

drosophile(Drosophilamelanogaster),certainsgènesclésdudéveloppementembryonnaire

sont mécanosensibles (Figure 3) et une sollicitation mécanique externe entraîne une

expressionectopiquedugèneTwist(entreautres) Ͳindispensablepourledéveloppement

embryonnaireprécoceͲcequiamèneàuneventralisationcomplètedel’embryon(Farge,

2003).L’expressiondeTwistpeutégalementêtredéclenchéeenconditionsphysiologiques

(invivo)parlescompressionsgénéréesparl’expansiondestissusdelabandegerminale

(Supattoetal.,2005).

Enfin,àl’échelledel’organismeentier,lesplantessontsoumisesàlagravitéterrestre.

Ainsi,l’augmentationdupoidspropredelaplanteaucoursdesacroissance,engendredes

contraintesauseindestissusparl’effetdelagravitésurlamassedescomposants.Cette

perceptiondupoidspropreparticipeàl’allométriegénérale(Telewski,2006).Uneétudea

démontréquel’applicationd’unpoids(bouchond’unmicroͲtubede2,5gemballédansdu

papieraluminium)placéausommetd’unetigeinflorescentielled’Arabidopsisthalianade5

cm pendant 3 jours augmente l’activité cambiale et induit la production de xylème

secondaire(Koetal.,2004).Cesrésultatsindiquentquelesstimulimécaniquesinternes

engendrésparl’augmentationdupoidspropresontcontinuellementperçusparlatige

(Telewski,2006).Cettenotions’appliqueégalementaupoidsdesfruitsetàlaformedes

branches(Almérasetal.,2004).Toutefoiscetimpactdupoidspropresurl’allométrie

généraledelaplanteestnégligeablefaceàl’impactduvent:ilaétémontréquecedernier

expliquemieuxl’allométriegénéralequelepoidspropreluiͲmême(MouliaandFournierͲ

Djimbi,1997;Mouliaetal.,2006).

Lesplantesperçoiventégalementdesvariationsd’inclinaisondel’axedeleursorganes

parrapportàlaverticale,cecivialaperceptiondelagravitéterrestre.Cettegraviperception

passe par des signaux mécaniques internes. Elle repose, au niveau cellulaire, sur la

sédimentationdesamyloplastes(oustatolithes)etd’autresorganites(commelenoyau).

Cette sédimentation induit un signal mécanique interne au niveau de l’interface

cytosqueletteͲmembraneplasmiqueͲparoi(Telewski,2006;Perbal,2009).Sielleestinclinée,

laplanteestcapabledeseredresserenfonctiondusignalgravitationnelperçu.Auniveau

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élongationcellulairedifférentielledescôtésopposésdel’organe.Auniveaudestigesen

croissancesecondaire,laréorientationdel’organeestdueàlamiseenplacedeboisde

réaction(boisdetensionsurlafacesupérieuredelacourburechezlesAngiospermesetbois

decompressionsurlafaceinférieurechezlesConiférophytes).

L’ensembledecesexpériencessoulignel’importancedessignauxmécaniquesinternes

auseind’unecellulemaiségalementauseind’untissuaucoursdudéveloppementetdela

morphogenèsedesplantes.

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