Dans le cambium, PXY et ER s’associent pour contrôler la formation du bois

Le bois soutient nos maisons et enferme plus de carbone que presque tout autre organisme vivant sur la terre ferme. Tout commence dans une très fine bande de cellules vivantes, dissimulée juste sous l’écorce.

Pendant longtemps, les scientifiques pensaient comprendre assez correctement la façon dont cette bande se régule. Une nouvelle étude menée par une équipe en Angleterre affirme toutefois qu’il manquait une pièce essentielle au modèle.

Des cellules juste sous l’écorce

Cette bande s’appelle le cambium : un manchon de cellules souches qui entoure la tige et se renouvelle à mesure que la plante grandit.

Du côté interne, il produit le xylème - le tissu ligneux lui-même - et, vers l’extérieur, il façonne les conduits qui assurent la circulation des sucres.

Des travaux antérieurs avaient décrit cette couche comme une véritable zone de cellules souches, structurée autour d’un petit groupe de cellules organisatrices. Le destin de chaque cellule - continuer à se diviser ou se rigidifier pour devenir du bois - dépend des signaux qu’elle reçoit.

Le Dr Peter Etchell, biologiste végétal à la Durham University, dans le nord-est de l’Angleterre, étudie depuis des années la manière dont le cambium décide de fabriquer du bois. Malgré ces recherches, une énigme persistait.

Un partenariat inattendu

Pour interpréter leur environnement, les cellules végétales s’appuient sur des protéines réceptrices : des capteurs situés dans la membrane externe, capables de se lier à des molécules spécifiques qui passent à proximité.

Selon la description classique, chaque récepteur reconnaît « son » signal et transmet ensuite l’information vers l’intérieur de la cellule. On supposait qu’ils fonctionnaient chacun de leur côté.

Deux récepteurs ont particulièrement retenu l’attention de l’équipe. Le premier, nommé PXY, maintient la division des cellules du cambium. Le second, ER, apparaissait partout où du bois se formait.

Un vaste inventaire de récepteurs végétaux avait laissé entendre que PXY et ER pouvaient entrer en contact ; les chercheurs ont donc cherché à le vérifier expérimentalement.

Ils ont montré que les deux s’assemblent à la surface cellulaire pour former une unité unique. Jusqu’à cette étude, aucune collaboration de ce type n’avait été démontrée entre ces familles de récepteurs.

« Les plantes sont de véritables maîtres dans l’art de détecter des signaux et d’y répondre », a déclaré Etchells.

Observer des protéines associées

Démontrer que deux protéines se touchent à l’intérieur d’une cellule vivante demande une certaine ingéniosité.

Les chercheurs ont d’abord étiqueté PXY et ER avec des marqueurs qui n’émettent une lueur que lorsque les protéines sont suffisamment proches pour se frôler. Dans les cellules, les signaux lumineux sont apparus ensemble.

Ils ont ensuite utilisé un second test : extraire une protéine du « mélange » cellulaire afin de voir ce qui l’accompagnait. Lorsqu’ils ont isolé PXY, ER est venu avec, solidement accroché.

Le même résultat a été observé avec un quasi-jumeau de ER appelé ERL2 - en revanche, un troisième récepteur pourtant très proche n’a pas suivi. Cette sélection indiquait que l’association était spécifique, et non un artefact chimique.

En revanche, ces expériences ne permettaient pas de savoir comment cette alliance modifie les signaux que chaque récepteur envoie à l’intérieur de la cellule. La question reste ouverte.

Quand le signal s’emballe

Constater un contact entre deux protéines est une chose. Prouver que leur partenariat pilote la formation du bois en est une autre.

PXY répond à une molécule de signalisation appelée TDIF. L’équipe a donc modifié génétiquement l’arabette des dames (Arabidopsis thaliana), une petite plante de laboratoire, afin d’inonder la zone productrice de bois avec un excès de TDIF.

Ce surplus de signal a semé le désordre dans le cambium. Les cellules se sont mises à se diviser dans toutes les directions.

Les files cellulaires, habituellement bien alignées, sont devenues courtes et tortueuses, et très peu de véritable bois s’est formé.

Les chercheurs ont ensuite supprimé ER chez ces mêmes plantes. Le désordre a disparu.

Le cambium a retrouvé sa forme d’anneau net, et la longueur des files cellulaires alignées a plus que doublé - un résultat que l’équipe juge compatible avec l’idée que les deux protéines agissent de concert plutôt que séparément.

Du bois aux mauvais endroits

Cette association ne sert pas uniquement à stimuler la division cellulaire. Elle empêche aussi les cellules du cambium de se transformer en bois trop tôt. Elles doivent rester plastiques ; si elles se rigidifient prématurément, le stock de cellules souches s’épuise.

Lorsque l’équipe a inactivé simultanément les deux familles de récepteurs, ce mécanisme de freinage a lâché.

Des vaisseaux rigides et creux - le type de structures qui transporte l’eau dans le bois mature - sont alors apparus de façon dispersée dans des zones où le cambium aurait dû continuer à se diviser.

Pris ensemble, ces résultats obligent à revoir le schéma de fabrication du bois. ER était associé au cambium depuis des années, mais son rôle exact y restait mystérieux.

Selon cette étude, l’explication est qu’ER agit via PXY : les deux formeraient un même complexe, qui stimule la division cellulaire tout en maintenant le bois à sa place.

Pourquoi cette découverte compte

Le bois figure parmi les grands « réservoirs » de carbone de la planète, en stockant davantage que presque tout autre organisme terrestre, d’après une estimation citée par l’étude. Il demeure aussi une matière première centrale pour le bois d’œuvre et le papier.

Tout mécanisme qui détermine la quantité de bois produite par une plante a donc des implications qui dépassent largement le laboratoire.

Si les chercheurs parviennent à comprendre comment ce complexe de récepteurs oriente la croissance, ils pourraient peut-être le moduler - et inciter les plantes à déposer plus de bois, avec à la clé des cultures potentiellement plus robustes et davantage de carbone capturé.

L’équipe cherche désormais à savoir comment ces deux récepteurs remodelent leurs signaux internes respectifs, et si la même association existe chez les arbres.

« Nous savions déjà que la signalisation chez les plantes était complexe, mais cela a été formidable de révéler une couche de complexité supplémentaire », a déclaré Etchells.

Si deux récepteurs peuvent s’associer ici, des partenariats comparables pourraient aussi guider la croissance dans d’autres parties de la plante - et n’attendre que d’être mis en évidence.