Plants like tomatoes communicate by sending out volatile organic compounds.

Milos Schmidt

Tomates parlantes et chenilles affamées : les scientifiques découvrent d’autres secrets de la communication entre les plantes

Tomates anciennes ou hybrides : les scientifiques découvrent que les plantes biologiques peuvent mieux combattre les chenilles.

Les plantes peuvent faire des choses étonnantes. Comme si les merveilles de la photosynthèse ne suffisaient pas – produire de l’oxygène à partir du soleil pour permettre pratiquement toute vie sur Terre – les gens ont collaboré avec les plantes sur des projets époustouflants.

Les scientifiques ont appris aux épinards à envoyer des e-mails ; production d’électricité à partir d’arbustes ; et découvert comment ils apprennent à leur progéniture à s’adapter au changement climatique.

Mais certaines des choses que les humains font aux plantes limitent également leurs pouvoirs, montre une nouvelle étude sur les tomates.

Des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign ont étudié ce qui se passe lorsque les tomates reçoivent la visite d’« amis » et d’« ennemis » – des microbes bénéfiques du sol et des chenilles. Leurs résultats nous plongent plus profondément dans 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 co-auteur de l’étude récente, est évangélique sur « 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 en utilisant la chimie », dit-elle.

Comment les plantes communiquent-elles ?

La chimie végétale, ajoute Ngumbi, est le langage que les plantes utilisent pour communiquer. Il s’agit de composés organiques volatils (COV) qu’ils produisent pour influencer le monde extérieur.

Les COV peuvent être émis par les plantes pour diverses raisons, par exemple pour signaler une blessure ; préparer leur défense ou s’avertir mutuellement des menaces qui pèsent sur l’environnement. Parfois, les humains peuvent également capter ces signaux, par exemple en captant 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 croître, comme les champignons mycorhiziens arbusculaires (AMF). Ou pour dire aux insectes prédateurs qu’il y a un ravageur qui mâche ses feuilles et qu’il veut éliminer.

« Quand une chenille mâche une feuille, la plante envoie un signal qui interpelle ses prédateurs. C’est comme un panneau publicitaire qui leur indique où se trouve le déjeuner », a expliqué Erinn Dady, une autre co-auteure de l’étude à l’équipe de l’Institut Carl R. Woese de biologie génomique (IGB).

Comme elles ne peuvent pas fuir le danger, ce type de combat chimique donne aux plantes les meilleures chances de survie. Et comprendre les facteurs qui affectent les émissions de COV nous aide à les aider.

Héritage ou hybrides : que nous disent les tomates ?

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

S’appuyant sur des recherches portant sur la manière dont les microbes ou les chenilles du sol peuvent influencer les COV, les chercheurs ont voulu examiner l’impact collectif des amis et des ennemis.

Pour élargir le champ d’étude, ils ont regardé au-delà des tomates cultivées industriellement pour tester quatre variétés différentes couramment cultivées par les petits agriculteurs de l’Illinois. Deux hybrides ont été choisis sur cette base – Mountain Fresh et Valley Girl – et deux héritages biologiques, Amish Paste et Cherokee Purple.

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

Les résultats étaient… 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 présentes. On ne sait pas vraiment pourquoi les champignons bénéfiques ont réduit les COV et pourquoi les plantes n’étaient pas plus sensibles aux chenilles mangeuses.

Mais une découverte clé est que les tomates hybrides émettaient des quantités inférieures de COV par rapport à leurs voisines anciennes.

« Les tomates anciennes – les grosses tomates juteuses que nous aimons tous – sont sélectionnées pour leur saveur. Pendant ce temps, des hybrides sont cultivés pour une production conventionnelle à grande échelle, ce qui a un coût pour la plante », explique Ngumbi.

« Notre travail suggère que nous compromettons les défenses des plantes à travers nos processus de sélection. »

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

Les tests sur les tomates ont donné un résultat déconcertant supplémentaire qui a conduit les chercheurs vers une nouvelle piste d’enquête.

Ils ont également mesuré la croissance des plantes en surface et dans le sol. Sans surprise, les plantes associées à des champignons ont développé davantage de feuilles et des structures racinaires plus complexes. Une preuve supplémentaire de la façon dont les champignons peuvent être incroyables et coopératifs.

« AMF forme des partenariats dans plus de 80 pour cent des plantes terrestres, créant un commerce où les champignons extraient les nutriments du sol en échange du carbone des plantes », explique Dady. « Nous avons constaté que, en particulier dans Cherokee Purple, l’AMF peut conférer des avantages supplémentaires, notamment une croissance accrue et une plus grande émission de COV. »

Mais les plantes traitées avec des chenilles ont également eu une croissance plus importante.

« Ces plantes avaient plus de biomasse à la fois dans leurs racines et au-dessus du sol, ce qui semble contre-intuitif car elles ont été activement consommées. Je suppose qu’elles auraient moins de biomasse », a déclaré Dady au site universitaire.

« Il est possible que les chenilles aient déclenché une réaction de croissance, semblable à la façon dont vous taillez un arbre pour lui faire produire une nouvelle croissance. » Ngumbi a également émis l’hypothèse que les plantes auraient pu ne pas être gênées par le nombre de chenilles et avoir ainsi continué à croître. Ou que les chenilles n’avaient pas assez faim pour faire de réels dégâts.

« Il se passe beaucoup de choses dans les coulisses que nous ne comprenons pas encore », a ajouté Dady, et bien d’autres indices de dialogue que les chercheurs doivent comprendre.

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