Des microbulles laser pour tester la pression des cellules végétales

La pression de l’eau à l’intérieur des cellules végétales est très importante, atteignant plusieurs dizaines de bars. Cette « pression de turgescence » sert à la croissance des plantes et contribue à leur tenue mécanique. Sa modulation est également intimement liée aux mouvements d’ouverture des stomates, ces « portes » de quelques dizaines de micromètres qui permettent l’évaporation de l’eau à la surface des feuilles. L’évolution des stomates a été l'un des principaux moteurs de la transformation radicale de l'atmosphère terrestre au cours des dernières 400 millions d'années, donnant aux plantes la capacité de réguler leur perte d'eau et d'optimiser la photosynthèse. La modulation de la pression de turgescence des stomates a été une innovation clé, qui pourrait être spécifique aux lignées de plantes vasculaires.

Ces recherches ont été menées dans le laboratoire CNRS suivant
 

• Laboratoire interdisciplinaire de physique (LIPhy, CNRS / Université Grenoble Alpes)

Cependant, la pression dans ces stomates est compliquée à mesurer avec la méthode traditionnelle de perçage par une micropipette. Une collaboration de chercheurs (États-Unis, Australie, Israël, France) incluant le Laboratoire interdisciplinaire de physique à Grenoble a développé une nouvelle méthode pour estimer rapidement les changements de la pression de turgescence en créant des microbulles de cavitation par laser directement à l'intérieur des cellules épidermiques. En pratique un faisceau laser est focalisé au travers de l’objectif du microscope. L’image de la nucléation rapide des bulles est enregistrée en direct avec une caméra rapide. La taille de la bulle, inférieure à 4 micromètres, et sa durée de vie, inférieure à 100 millisecondes, varient selon la pression. Ainsi des petites bulles qui se dissolvent rapidement sont le signe d’une pression importante. Un grand nombre de mesures de pression, sur de multiples espèces végétales, est ainsi devenu possible.

Grâce à cette nouvelle technique, les chercheurs ont mis en évidence une différence surprenante entre espèces : les stomates des plantes non-vasculaires (famille des bryophytes: mousses, hépatiques, anthocérotes) ne réagissent pas à la lumière, contrairement aux stomates des plantes vasculaires qui augmentent leur pression de turgescence en réponse à la lumière. Les stomates des bryophytes ne s’ouvrent que dans un stade ultérieur et de manière irréversible, déclenchant un processus de déshydratation et dispersion des spores. Ces résultats sont publiés dans les Proceedings of the National Academy of Science.