Mécanismes de défense des plantes

Mécanismes de défense des plantes contre les herbivores

• Les plantes développent des mécanismes de défense physique et chimique pour se protéger des herbivores.

Défense physique

• Epines: dissuadent les herbivores avec leurs pointes pointues.
• Trichomes: poils à la surface des feuilles et des tiges qui agissent comme une barrière physique et piègent les insectes.
• Cuticule: couche épaisse et résistante recouvrant les feuilles qui protège la plante de la pénétration des stylets et rend la feuille moins attrayante.

Défense chimique

• Composés présents en permanence: les plantes stockent des substances toxiques ou répulsives dans des structures spécialisées.
• Composés nécessitant une néosynthèse: la plante déclenche la production de nouveaux composés de défense en réponse à l'attaque.
• Réponse systémique: la plante entière réagit à l'attaque, souvent initiée par une blessure locale, impliquant l'activation de voies biosynthétiques plus complexes.

Deux types de défenses

• Défense directe: composée de composés répulsifs et toxiques.
• Défense indirecte: implique la production de signaux pour attirer les prédateurs des herbivores.

Défense directe

• Composés répulsifs:
  • Terpènes et alcaloïdes: donnent un goût amer.
  • Tannins: composés astringents qui se complexent avec les protéines, perturbant la lubrification et créant une sensation désagréable.
  • Composés odorants: repoussent les herbivores à distance.
• Composés toxiques:
  • Alcaloïdes: affectent le système nerveux et le foie (ex: caféine).
  • Terpènes: affectent le système nerveux.
  • Tannins: perturbent la digestion.
  • Glucosinolates: produisent des composés cyanogénétiques toxiques lors de la mastication.
  • Acides aminés non protéiques: perturbent les fonctions physiologiques des herbivores en produisant des protéines anormales.

Linalol et les pucerons

• Le linalol est un composé volatil présent dans les fleurs et certains types de feuilles, impliqué dans l'attraction des pollinisateurs et la défense contre les herbivores.
• L'expérience a montré qu'Arabidopsis thaliana, une plante qui ne produit pas naturellement de linalol, a été modifiée pour produire ce composé, ce qui a réduit l'attractivité des pucerons.

La résine des conifères

• La résine est un moyen de défense direct des conifères, composée de terpènes, dont les terpènes liquides non volatiles servent de solvants aux terpènes volatils.
• La résine sert de défense physique en bouchant les blessures et de défense chimique en libérant des composés toxiques.

Flavonoïdes et stilbènes

• Les flavonoïdes et les stilbènes sont des composés toxiques produits dans le phloème secondaire des plantes.
• Ils sont synthétisés dans les cellules du phloème, dont les tubes criblés, les fibres et le parenchyme.

Le scolyte de l'épicéa

• Le scolyte de l'épicéa (Ips typographus) est un insecte xylophage qui s'attaque aux épicéas.
• Il se nourrit du phloème et pond des œufs dans des tunnels qu'il creuse dans l'écorce.
• En libérant des phéromones d'agrégation, il attire d'autres scolytes et augmente l'infestation.
• Le champignon symbiotique présent dans les tissus de l'arbre affaiblit les défenses naturelles de l'arbre.
• Le réchauffement climatique favorise la prolifération du scolyte, ce qui menace les forêts d'épicéas.

Solutions contre le scolyte

• Pièges à phéromones pour capturer les scolytes.
• Abattage des arbres infestés pour limiter la propagation.

La lutte contre le scolyte de l’épicéa

• De plus en plus difficile à cause de l'ampleur des dégâts dans les forêts.
• Un fléau majeur pour les écosystèmes forestiers, exacerbé par le changement climatique qui accélère son cycle de reproduction.

Les défenses des plantes

• Les plantes se protègent des herbivores en produisant des composés toxiques qui perturbent leur digestion ou leur métabolisme.

Les stratégies des herbivores

• Certains herbivores ont développé des stratégies pour contrer les défenses chimiques des plantes.
• Dégradation des composés toxiques: Certains herbivores possèdent des enzymes qui dégradent les toxines, les rendant inoffensives.
• Insensibilité à la toxine: Certains herbivores ont modifié les cibles biologiques de la toxine, rendant leur corps insensible à ses effets.

### L'exemple des papillons Monarque

• Les papillons Monarque se nourrissent de plantes contenant l'ouabaïne, une toxine puissante qui inhibe l'enzyme ATPase, essentielle pour les échanges d'ions sodium et potassium.
• L'ouabaïne bloque le canal ionique ATPase reliant l'ATP au transport d'ions sodium et potassium, empêchant le retour à l'équilibre ionique et pouvant entraîner des dysfonctionnements cellulaires.
• Les papillons Monarque sont résistants à l'ouabaïne en raison d'une modification d'un seul acide aminé dans l'enzyme ATPase.
• Ils stockent l'ouabaïne dans leur corps, les rendant toxiques pour les prédateurs.
• D'autres espèces de papillons imitent l'apparence du Monarque pour bénéficier de sa réputation toxique (mimétisme batésien).

### La défense indirecte des plantes

• Les plantes peuvent attirer les ennemis naturels des herbivores en émettant des odeurs d'alarme, qui attirent les prédateurs.

### Les éliciteurs produits par les herbivores

• L'interaction entre le maïs, la chenille et la guêpe est un exemple de défense chimique et de signalisation induite par les herbivores.
• Une blessure mécanique sur les feuilles de maïs déclenche la production de molécules de défense ou de signalisation.
• La salive de la chenille contient des composés qui influencent la réponse chimique de la plante en induisant des signaux de défense supplémentaires.
• Une molécule spécifique, appelée éliciteur, présente dans la salive de la chenille, déclenche les réponses de défense du maïs.

### La volicitine, une molécule issue de l'interaction entre la plante et l'herbivore

• Les chenilles peuvent récupérer des composés de la plante lorsqu'elles se nourrissent, notamment des acides gras.
• Ces acides gras sont transformés en volicitine par l'insecte.
• La volicitine déclenche le système émetteur de défense de la plante, l'incitant à produire des composés volatils pour attirer les prédateurs.

### La réponse de défense des plantes: Les composés volatils

• La volicitine se lie à un récepteur spécifique dans la plante, déclenchant une transduction du signal qui entraîne une augmentation des niveaux de calcium dans les cellules végétales.
• Cette réponse diminue sous l'effet de la chaleur, indiquant la sensibilité de la protéine réceptrice.

### L'acide jasmonique, une phytohormone du stress

• La plante produit de l'acide jasmonique en réponse au stress, notamment en présence de volicitine.
• L'acide jasmonique joue un rôle central dans l'activation du signal émetteur de défense de la plante.
• Il est souvent accompagné d'une augmentation d'éthylène, une autre phytohormone du stress, optimisant la réponse de la plante.

### Le maïs, les acariens et les prédateurs

• Le maïs attaqué par des acariens produit du nérolidol et du DMNT, des composés volatils qui attirent les prédateurs des acariens.
• Arabidopsis ne produit pas ces composés, sauf si elle est génétiquement modifiée pour le faire.
• Les prédateurs sont attirés vers l'entrée du tube en Y où ces composés sont présents, confirmant leur rôle d'attracteurs pour les ennemis naturels des herbivores.

La perception des composés volatils par les insectes

• Les insectes détectent les composés volatils émis par les plantes grâce à leurs antennes recouvertes de sensilles.
• Les sensilles sont connectées à des protéines de liaison aux odorants (OBP) qui transportent les molécules vers les récepteurs sur les dendrites des neurones.
• Cette détection déclenche la transduction du signal et la production d'un potentiel d'action.
• Les insectes ont une capacité bien plus fine que les humains pour détecter les odeurs, notamment celles émanant des plantes en situation de stress.

### Les plantes myrmécophiles

• Les plantes myrmécophiles entretiennent une association symbiotique avec les fourmis.
• Les fourmis vivent sur la plante et la défendent contre les herbivores en échange de nourriture.
• Les plantes myrmécophiles produisent des nectaires extrafloraux qui nourrissent les fourmis.
• La plante émet des signaux pour attirer les fourmis en cas d'attaque et les repousse temporairement pendant la floraison pour favoriser la pollinisation.

### L'effet des composés émis sur les plantes du voisinage

• Un acacia attaqué par des antilopes produit des tanins qui perturbent la digestion des herbivores.
• Les tanins libèrent aussi des composés volatils qui avertissent les autres acacias.
• En réponse, ces acacias accumulent des tanins dans leurs feuilles, renforçant leurs propres défenses.
• Ce processus de communication chimique implique l'émission de méthyl jasmonate, une phytohormone de défense contre les herbivores.
• Un grand nombre d'antilopes en captivité sont mortes après avoir consommé une grande quantité de feuilles d'acacia qu'elles n'ont pas pu digérer, car elles n'avaient pas la possibilité de se déplacer et de choisir des feuilles à faible concentration de tannin.

Ce quiz explore les différentes stratégies de défense que les plantes utilisent contre les herbivores. Il couvre à la fois les mécanismes de défense physiques, tels que les épines et les trichomes, ainsi que les défense chimique, incluant les composés toxiques. Testez vos connaissances sur la façon dont les plantes protègent leur intégrité face aux menaces externes.