Le tabac est une plante qui appartient à la famille des solanacées, qui comprend les tomates, les pommes de terre, les poivrons et les aubergines.
Les plants de tabac ont développé divers mécanismes de défense pour se protéger des herbivores, tels que la production de produits chimiques toxiques, l’émission de composés volatils et l’activation des voies hormonales.
Cependant, certains plants de tabac présentent des mutations qui altèrent leurs défenses, les rendant plus vulnérables aux attaques d’insectes.
Étonnamment, ces mutants présentent également certains avantages par rapport à leurs homologues normaux, comme une croissance plus rapide et une plus grande diversité génétique.
Le rôle de l’acide jasmonique dans la défense des plantes
L’une des hormones clés impliquées dans la défense des plantes est l’acide jasmonique (JA), qui régule diverses réactions des plantes, notamment les défenses contre les herbivores et les réponses au stress environnemental.
JA est synthétisé à partir de l’acide linolénique, un acide gras présent dans les membranes végétales.
Lorsqu’une plante est blessée par un insecte ou un agent pathogène, les niveaux de JA augmentent rapidement et déclenchent l’expression de gènes codant pour des protéines et des métabolites défensifs.
Certains de ces composés défensifs sont la nicotine, les inhibiteurs de trypsine, les inhibiteurs de protéase et les polyphénol oxydases, qui peuvent dissuader ou nuire aux herbivores qui se nourrissent de la plante.
Cependant, la production et la signalisation de JA ne sont pas toujours bénéfiques pour la plante. L’JA peut également interférer avec d’autres voies hormonales, telles que celles médiées par l’acide salicylique (SA) et l’éthylène (ET), impliquées dans la résistance aux agents pathogènes et au stress abiotique.
JA peut également réduire la croissance et la reproduction des plantes en détournant les ressources de ces processus vers la défense.
Par conséquent, les plantes doivent équilibrer les coûts et les avantages de la défense médiée par l’JA en fonction du type et de l’intensité de la menace à laquelle elles sont confrontées.
La diversité des mutants du tabac sauvage
Tabac sauvage (Nicotiana atténuée) est une espèce végétale originaire du désert du Grand Bassin, à l’ouest des États-Unis.
Il est également connu sous le nom de tabac de coyote car il est souvent consommé par les coyotes comme stimulant ou agent antiparasitaire.
Le tabac sauvage entretient une relation complexe et dynamique avec ses herbivores, parmi lesquels figurent les insectes, les mammifères et les oiseaux.
Pour faire face à ces divers ennemis, le tabac sauvage a développé un système de défense sophistiqué qui fait appel à l’AJ et à d’autres hormones, ainsi qu’à divers traits chimiques et physiques.
Cependant, tous les plants de tabac sauvage n’ont pas les mêmes capacités de défense.
Des chercheurs de l’Institut Max Planck d’écologie chimique d’Iéna ont découvert que les populations naturelles de tabac sauvage contiennent des plantes présentant des mutations significatives dans leur biosynthèse JA ou dans leurs voies de perception.
Ces mutants sont plus sensibles aux attaques d’insectes mais poussent plus vite que les plantes normales. Ils peuvent également compenser les défenses réduites dues à des réseaux génétiques robustes.
Pour étudier ces mutants, les chercheurs ont développé une population MAGIC (multiparent Advanced Generation Intercross), qui capture une grande partie de la diversité génétique de l’ensemble des espèces de tabac sauvage dans une population reproductrice avec un bagage génétique homogénéisé.
En croisant 26 lignées parentales différentes issues de populations naturelles sur plusieurs générations, ils ont obtenu 1 200 descendants génétiquement divers qui ont été sélectionnés pour leurs niveaux de JA et leur résistance aux insectes.
Les chercheurs ont découvert qu’environ 10 % de la population MAGIC présentait des mutations qui altèrent leur production ou leur perception de l’AJ.
Ces mutants étaient plus attrayants et vulnérables aux cicadelles (Empoasca spp.), qui sont des insectes hémiptères qui sucent la sève des plantes et transmettent des maladies.
Cependant, ces mutants avaient également des taux de croissance et une biomasse plus élevés que les plantes normales.
. De plus, ces mutants étaient capables d’activer des voies de défense alternatives ou d’augmenter l’expression d’autres gènes défensifs pour compenser partiellement la perte de signalisation JA.
Les implications des mutants du tabac sauvage
L’existence de mutants de tabac sauvage remet en question l’idée conventionnelle selon laquelle la sélection naturelle favorise les plantes dotées d’une défense optimale contre les herbivores.
Au lieu de cela, il suggère qu’il existe un compromis entre la défense et la croissance des plantes et que différents facteurs environnementaux peuvent influencer cet équilibre.
Par exemple, dans les années où la pression des herbivores est faible, les mutants dont la signalisation JA est altérée peuvent avoir un avantage sur les plantes normales, car ils peuvent croître plus rapidement et produire plus de graines.
Cependant, dans les années où la pression herbivore est élevée, ces mutants peuvent être éliminés car ils ne peuvent pas faire face aux dégâts infligés par les insectes.
La découverte de mutants sauvages du tabac donne également un aperçu de l’évolution et de l’écologie des interactions plantes-insectes.
Elle a montré que les plantes ont une capacité remarquable à s’adapter aux conditions changeantes en modifiant leurs stratégies de défense et en exploitant leur diversité génétique.
Elle a également révélé que les insectes peuvent influencer l’évolution des plantes en exerçant une pression sélective sur leurs hôtes et en induisant des mutations dans leurs gènes de défense.
En étudiant les mutants du tabac sauvage dans leur habitat naturel et dans le cadre d’expériences contrôlées, les chercheurs peuvent en apprendre davantage sur la façon dont les plantes font face aux herbivores et sur la façon dont les insectes réagissent aux défenses des plantes.
Ces connaissances peuvent nous aider à comprendre la dynamique complexe des écosystèmes naturels et à améliorer la gestion des cultures agricoles.
Article associé: Les rapports de l’indice de transformation du tabac de la Fondation pour un monde sans fumée révèlent que les 15 plus grandes sociétés de tabac réalisent des progrès différenciés mais limités vers la réduction des méfaits.
