Le contrôle hormonal du phénotype morphologique des plantes

Première S | |
|Chapitre |
|4.2 |
|2 semaines | Le contrôle hormonal du phénotype morphologique des plantes ? TP1. Auxine et allongement cellulaire I. Dans la tige l'auxine contrôle la croissance cellulaire
A. Un tropisme est une réaction d'orientation en réponse à une
anisotropie du milieu
B. Les tropismes résultent d'une répartition inégale d'auxine
C. L'auxine a une double action sur la croissance
? TP 2. Interaction hormonale et organogénèse II. La morphogénèse résulte souvent d'une interaction entre hormones
A. La ramification est sous contrôle hormonal (plante entière)
B. L'organogénèse provoquée associe totipotence et réponse aux hormones
(cultures in vitro)
OBJECTIF
. Lors de l'établissement du phénotype morphologique d'une plante il y a
interaction entre des facteurs internes, d'ordre génétique, et des
facteurs externes, de l'environnement.
. Une hormone végétale (= phytohormone) est une substance endogène, qui est
un messager chimique émis par une cellule sécrétrice en réponse à un
stimulus externe et agissant sur des cellules cibles, pourvues de
récepteurs spécifiques, dont elle influence le fonctionnement.
. On cherche à préciser comment fonctionne le relais hormonal entre les
facteurs externes et le facteurs internes.
. Chez le végétaux la distinction entre les deux types de composés
oligodynamiques susceptibles d'assurer une corrélation (ceux
indispensables au métabolisme fondamental comme des vitamines et
ceux porteurs d'une information comme les hormones) n'est pas
toujours nette car elle suppose que l'on connaisse parfaitement le
mode d'action du composé incriminé. Aussi nomme-t-on souvent
substance de croissance ou facteur de croissance les composés
oligodynamiques qui sont nécessaires au développement d'un tissu ou
d'un organe et que celui-ci est incapable de synthétiser.
. Chez le végétaux :
- il n'y a pas de glande endocrine mais plutôt divers lieux de
synthèse d'hormones privilégiés (apex des tiges dans le cas de
l'auxine) ;
- il n'y a pas nécessairement transport de l'hormone
(cytokinines souvent utilisées sur place) ;
- la production d'hormone est souvent déclenchée par un facteur
de l'environnement et non par un facteur endogène comme chez les
animaux ;
- la spécificité d'action des hormones est moins nette que chez
les animaux.
. Les études d'allongement peuvent être réalisées sur des coléoptiles
de Graminée. Cette gaine foliaire (= étui) entourant le bourgeon
terminal des plantules est dépourvue de zone de prolifération
cellulaire (mérèse) sur toute sa longueur. Ses cellules sont
sujettes au seul mécanisme d'élongation (auxèse).
? FIGURE 1 . Coléoptile de Graminée dans Nathan p. 126 et
Hatier p. 231.
Retour haut de page 1 ? TP1. Auxine et allongement cellulaire Possible après I (faire préciser alors les résultats
attendus) 2 I. Dans la tige l'auxine contrôle la croissance cellulaire
1 A. Un tropisme est une réaction d'orientation en réponse à une
anisotropie du milieu Tropisme (du grec : tropos, orientation).
Anisotropie : variation de propriété physique stimulante selon la
direction.
Voir le phototropisme des Géraniums du laboratoire.
? FIGURE 2. Sensibilité et courbure dans Hatier p. 239
Doc. 2a (et p. 234 fig. 16 a, b, c).
. La plupart des plantes à port dressé ont leurs organes aériens qui
s'incurvent vers la lumière quand ils sont soumis à un éclairement
latéral, c'est un phototropisme positif (plantes d'appartement,
Tournesol...). C'est l'apex (zone de mérèse) qui est sensible à la
lumière (= stimulus). Sa suppression supprime la sensibilité au stimulus.
Pourtant ce sont les zones de croissance (sous apicales) qui subissent la
courbure par inégalité d'élongation entre les faces (c'est l'auxèse qui
est touchée).
Un délai de quelques dizaines de minutes est d'ailleurs nécessaire
entre l'application du stimulus et le début de la courbure
(réponse), ce qui laisse supposer une réponse hormonale.
. Selon la nature du stimulus il existe divers types de tropismes :
phototropisme (lumière), gravitropisme (gravité), thermotropisme,
chimiotropisme (racines), thigmotropisme ou haptotropisme (vrilles) etc.
. Le mouvement révolutif des plantes volubiles (16 rotations par 24
heures soit une période de 1 h 30 chez le haricot) n'est pas un
thigmotropisme car ce n'est pas une réponse à un stimulus. Il obéit
à un rythme endogène qui permet le port.
Retour haut de page 2 B. Les tropismes résultent d'une répartition inégale d'auxine Les auxines sont un ensemble de substances dont les propriétés sont
les mêmes que celle l'auxine au sens strict (= acide indole-
acétique = AIA). On écrit souvent auxine pour auxines.
L'auxine (AIA) a été la première hormone découverte dans les années
1920.
? FIGURE 3. Auxine et allongement cellulaire dans Hatier
p. 233 fig. 13.
. L'auxine est une hormone végétale synthétisée à l'apex des tiges (dans
les méristèmes et les jeunes feuilles de bourgeons terminaux). Elle migre
ensuite vers le bas et provoque une augmentation de taille (généralement
un allongement) des cellules cibles subapicales (comme son nom l'indique
elle agit sur l'auxèse).
? FIGURE 3 bis. Rôle de l'auxine dans le phototropisme
dans Hatier p. 234 fig. 17.
Exercice. À partir de la figure 3 bis.
- Hypothèse 1 : l'auxine est détruite par la lumière.
- Hypothèse 2 : le synthèse d'auxine est inhibée par la
lumière.
- Hypothèse 3 : la distribution latérale de l'auxine est
influencée par la lumière.
Les valeurs sont donnée en unités arbitraires (ua).
. La face éclairée d'une tige contient moins d'auxine que la face ombragée
car la lumière provoque une migration latérale de l'auxine depuis la face
éclairée vers la face située à l'ombre. Cette inégale répartition de
l'hormone de croissance permet à face ombragée de s'allonger davantage.
La tige se courbe alors vers la lumière (phototropisme positif).
On ignore le mécanisme de cet effet de la lumière.
. Pour la racine la réponse est inversée car l'auxine ralentit ici
l'allongement cellulaire (phototropisme négatif).
. Dans le gravitropisme négatif des tiges, la pesanteur est
responsable de l'inégale répartition de l'auxine. Cependant cette
observation n'est pas extrapolable aux racines, leur gravitropisme
positif est mal expliqué.
. Un tropisme comporte toujours l'enchaînement suivant.
( Perception de l'information par modification physique ou chimique
d'un récepteur sous l'effet d'un stimulus spécifique (exemple une
dissymétrie d'éclairement).
( Transduction qui se traduit par une série d'événements :
a) redistribution de l'auxine ;
b) transmission de l'information de l'apex à la zone
d'élongation (délai nécessaire) ;
c) capture de l'information par les cellules cibles de la zone
d'élongation.
( Réponse physiologique qui se traduit par une inégalité de
croissance entre les faces qui provoque la courbure.
Retour haut de page 3 C. L'auxine a une double action sur la croissance ? FIGURE 3. Auxine et synthèse des protéines dans Hatier
p. 233 fig. 14.
? FIGURE 4. Action auxine sur le noyau et la paroi dans
Hatier p. 239 fig. 3.
. À court terme l'auxine favorise la plasticité pariétale des cellules
jeunes ce qui permet leur élongation (cf. chapitre précédent).
Accompagnements. Mécanismes d'action traités simplement
sur documents et sans démonstration.
L'auxine provoque un abaissement du pH de la paroi. À pH acide, des
enzymes présentes dans la paroi catalysent l'hydrolyse des liaisons
covalentes entre les constituants de la paroi. Il en résulte, sous
l'effet de la pression de turgescence un glissement des molécules
pariétales et donc une augmentation de taille.
. À plus long terme l'auxine favorise l'expression des gènes qui
participent aux divers événements du métabolisme nécessaires à la
croissance. Elle facilite notamment la transcription (formation d'ARNm)
et la traduction des enzymes qui assurent la formation des
polysaccharides, qui rendent irréversible l'élongation pariétale (cf.
chapitre précédent). C'est donc bien le génotype qui contrôle la
morphogénèse. Retour haut de page 1 ? TP 2. Interaction hormonale et organogénèse Possible juste après TP1 en posant le problème de la
différenciation cellulaire.
Possible après II.A.
Possible après II.B. (faire préciser alors les résultats
attendus). 3 II. L'organogénèse résulte souvent d'une interaction entre hormones . L'auxi