Plan et développement de la plante

Plan d'organisation de la fleur des Angiospermes

I. Diagramme floral

 

Ce diagramme floral montre l’organisation des quatre différentes pièces de la fleur selon des cercles (verticilles).

De l’extérieur vers l’intérieur, on a d’abord les sépales, puis les pétales, les étamines et enfin le pistil (ou carpelle).

Ce diagramme représente une fleur classique, dont on a séquencé le génome.

Dans les années 1990, on suggère que des gènes contrôlent la différenciation en sépale, pétale, étamine ou carpelle, appelés gènes homéotiques de classe A, B et C. On ignorait à ce moment-là quelle classe correspondait à quelle différenciation, on a donc travaillé sur des mutants.

 

II. Schématisations des résultats de mutants

 

 

On a réalisé des mutants pour les gènes de la classe A (premier schéma). On remarque que le verticille normalement composé de sépales n’est fait que de carpelles et que le verticille normalement composé de pétales n’est fait que d’étamines. On en déduit que les gènes de la classe A contrôlent la mise en place des pétales et des sépales.

Si on prend des mutants pour les gènes de la classe B (deuxième schéma), on observe que les sépales et le carpelle sont présents mais les pétales sont remplacés par des sépales et les étamines par des carpelles. On en déduit que les gènes de la classe B contrôlent la mise en place des pétales et des étamines.

Maintenant, si on utilise un mutant des gènes de la classe C (troisième schéma), on remarque que les deux verticilles externes (sépales et pétales) sont conformes mais que les étamines ont été remplacés par des pétales et le carpelle par des sépales. Les gènes de la classe C participent donc à la différenciation des étamines et du carpelle.

Or, on a déjà prouvé que les gènes de la classe B participent aussi à la mise en place des étamines.

En conclusion, on peut donc dire que la différenciation des verticilles est contrôlée par des gènes, de l’extérieur vers l’intérieur de la fleur, tel que le schéma suivant le présente :

 

 

Une classe de gènes contrôle donc la différenciation de deux éléments de la fleur. Si on annule les gènes de la classe A par exemple, seuls les étamines et les carpelles seront présents.

Hormones végétales et développement de la plante

En observant un embryon animal, on constate qu’il est comme un adulte miniature : le développement chez les animaux est très complet. En revanche, en observant un embryon végétal de graine de haricot en train de germer, on constate que, du point de vue des organes, le développement de cet embryon est très limité : on voit une mini racine (le radicule), une mini tige (la tigelle) ainsi que des ébauches foliaires (la gemmule).

hormones-vege3

En comparant cet embryon à une plante post-embryonnaire qui présente des organes multiples on peut conclure que chez les végétaux le développement embryonnaire est relativement réduit et le développement post-embryonnaire est relativement complexe. Ce développement post-embryonnaire repose sur la formation et la croissance d’organes et tissus.

 

I. Le phytomère, unité modulaire du végétal

 

hormones-vege6

Sur ce schéma, on voit un organisme végétal relativement organisé : il y a des racines primaires principales, des racines secondaires et dans la partie hors sol, il y a la tige, des bourgeons axillaires sur les côtés, ainsi que des feuilles, et un bourgeon terminal.

On considère que l’unité modulaire de la plante est un phytomère (unité d’organisation qui se répétera d’une année sur l’autre). Un phytomère est composé d’un entre-nœud, d’une feuille, d’un nœud et d’un bourgeon axillaire. D’une année sur l’autre, la plante à croissance continue présentera toujours cette organisation, cette répétition de phytomères.

 

II. Le méristème, un ensemble cellulaire organogène et histogène

 

Comment s’organise cette croissance végétale ? Il se trouve sur le végétal des zones méristématiques qui contiennent des méristèmes.

Un méristème est un ensemble cellulaire très peu différencié qui permet la croissance continue de l’organisme végétal, au sein duquel on trouve des cellules plutôt cubiques ayant la capacité de se multiplier et d’engendrer des organes et tissus. Le méristème est donc organogène (« gène » : créer, « organo » : organes = créer des organes) et histogène (créer des tissus).

 

III. Hormones végétales et croissance : le phototropisme

 

hormones-vege4

Le phototropisme désigne par « tropisme » : une croissance orientée suite à une stimulation de l’environnement, ici l’agent simulant est la lumière « photo ». Par exemple sur cette photo, la plante est exposée près de la fenêtre et elle est stimulée d’un point de vue luminosité puisqu’on constate une croissance orientée : la plante voit la tige et ses feuilles croître en direction de la lumière.

 

hormones-vege7

Ce phototropisme peut s’expliquer, comme sur ce schéma, par une croissance importante du côté opposé à la lumière et une faible croissance du côté de la lumière qui permet une courbure. Cette courbure permet d’augmenter la surface d’exposition des feuilles à la lumière ce qui permet la photosynthèse. On assiste surtout ici à une croissance par élongation.

En 1880, Darwin a travaillé sur le coléoptile de Poacées. Il existe également une série d’expériences de Boysen Jensen, Went, qui ont observé un phototropisme chez le coléoptile de Poacées.

 

hormones-vege5

Le coléoptile (en photo) a la particularité de ne croître que par auxèse. La croissance chez les végétaux se fait en effet :

– soit par élongation de la cellule (la cellule s’allonge) : une auxèse,

– soit par multiplication cellulaire : une mérèse.

Lorsqu’on éclaire de façon non homogène (éclairage anisotrope), en n’éclairant que d’un côté, les tiges de la plante se courbent d’un côté et on constate des cellules très allongées du côté opposé à la lumière.

En faisant une analyse chimique, on constate une concentration très importante de l’hormone AIA (Acide Indole Acétique ou auxine, référence à l’auxèse) du côté où l’élongation a eu lieu. À l’échelle cellulaire, l’AIA permet l’élongation cellulaire. Ce gradient de concentration explique la courbure de la tige.

 

IV. Mode d’action de l’auxine (ou AIA) et de l’acide abscissique (ABA)

 

L’auxine est surtout produite au niveau des bourgeons apicaux, à l’extrémité de la tige. C’est une hormone, c’est-à-dire une molécule qui agit à distance (ici elle va circuler surtout par la sève) sur des cellules cibles qui présentent des récepteurs de forme complémentaire à l’hormone et qui va induire une réponse physiologique (ici  une élongation).

Une hormone a également une action dose-dépendante. Ici à forte dose, elle va favoriser l’élongation des entre-nœuds ainsi que le processus de fructification. À dose moyenne, elle va favoriser l’allongement des tissus conducteurs (une trop grosse dose d’auxine peut au contraire avoir un effet inhibiteur). À très forte dose, elle empêche la croissance racinaire, mais la favorise au contraire à faible dose, de sorte qu’on parle de balance hormonale : plusieurs hormones interviennent dans la croissance, en particulier de celle des racines.

 

hormones-vege8

Sur ce schéma, on peut voir « plus ou moins » au niveau des feuilles : en balance avec l’auxine, l’acide abscissique, une autre hormone végétale, intervient dans l’abscission (la chute de la feuille).

 

Conclusion

 

La croissance des végétaux est contrôlée par des facteurs environnementaux mais aussi par la production d’hormones que sont l’auxine, l’acide abscissique, l’éthylène (hormone gazeuse émise qui participe à la fructification), etc. Ces hormones sont partie intégrante de la croissance du végétal qui est une croissance continue par élongation des phytomères.