Faire plus avec moins dans l’étude de la défense chimique des plantes

Les plantes ne peuvent pas fuir pour éviter d’être mangées, elles utilisent donc une variété de défenses chimiques pour tenir les herbivores à distance. Comprendre les défenses chimiques des plantes est essentiel pour maintenir la santé des cultures et pour répondre à une variété de questions plus académiques sur l’écologie et l’évolution. Cependant, les techniques actuelles d’évaluation des défenses chimiques des plantes prennent beaucoup de temps et nécessitent des quantités impraticables de tissus végétaux. Dans une recherche présentée dans un récent numéro d’Applications in Plant Sciences, le Dr Chandra Jack et ses collègues ont conçu une nouvelle technique d’évaluation des défenses chimiques des plantes qui est moins laborieuse et plus pratique pour une variété d’applications expérimentales.

Les méthodes traditionnelles de mesure des composés de défense utilisent la lumière pour mesurer différents produits chimiques dans les feuilles à l’aide d’un appareil appelé spectrophotomètre. Ces méthodes nécessitent de gros échantillons de tissus, ce qui signifie que plusieurs feuilles doivent être regroupées, ce qui réduit la variation significative. La technique rapportée ici, à l’aide d’un lecteur de microplaques, a détecté une activité dans des échantillons inférieurs à 10 mg, soit 2% du poids de l’échantillon de tissu traditionnel.

« L’une des plus grandes contraintes est la quantité de tissu nécessaire pour les tests traditionnels à base de spectrophotomètres », a déclaré le Dr Jack, auteur principal de l’étude. « Maintenant, comme les chercheurs n’ont pas à combiner les feuilles d’une seule plante, ils peuvent mieux explorer les réponses localisées par rapport aux réponses systémiques, ou surveiller la réponse individuelle de la plante au fil du temps… Il nous permet de mesurer la variation au niveau des populations et d’analyser l’influence de l’environnement sur les gènes. »

« L’autre contrainte est le temps nécessaire à la réalisation de ces expériences », a déclaré le Dr Jack. Les énormes quantités de travail et de temps nécessaires à la réalisation d’essais utilisant des méthodes spectrophotométriques imposent de sérieuses contraintes au nombre d’échantillons pouvant être évalués. Cela limite les conceptions expérimentales réalisables et, par conséquent, les types de questions auxquelles on peut espérer répondre. De plus, les exigences en temps et en tissus des méthodes traditionnelles rendent plus difficile la réutilisation d’un échantillon ou la reproduction d’un résultat. Dans cette étude, les chercheurs ont pu effectuer un ensemble de tests qui prendrait normalement 41 heures en seulement six heures.

La défense chimique des plantes est complexe, impliquant la production de plusieurs composés à la fois. Alors que les techniques traditionnelles nécessitent des extractions distinctes pour analyser chaque classe de composés de défense, la technique présentée ici utilise des tampons et des protocoles de préparation consolidés pour extraire plusieurs composés à la fois. Cela rend pratique la mesure d’un plus large éventail de réponses chimiques, fournissant une image plus nuancée et à plus haute résolution de la défense des plantes. « Les plantes produisent tellement de métabolites et d’enzymes secondaires en réponse à l’attaque des herbivores que l’histoire des défenses des plantes n’est pas complète à moins d’analyser plusieurs composés », a déclaré le Dr Jack.

La méthode présentée ici, dans laquelle des tampons de préparation d’échantillons sont consolidés et des échantillons sont exécutés simultanément sur une microplaque, réduit considérablement le temps et les frais de dosage des composés de défense. « Pour nous, c’était un cas de nécessité d’être la mère de l’invention », a déclaré le Dr Jack. « J’avais l’intention de mettre en place une expérience…et je n’ai pas pu trouver d’essais à haut débit pour accomplir ce qui était nécessaire. »Mais en développant cette technique, les auteurs ont ouvert des pistes d’enquête sur les défenses des plantes pour d’autres. Les chercheurs peuvent désormais étudier plusieurs composés de défense à la fois, examiner les réponses localisées et systémiques, comparer un plus grand échantillon d’individus et reproduire leurs résultats de manière beaucoup plus réalisable qu’auparavant.

« À l’origine, ce n’était pas un projet autonome », a déclaré le Dr Jack. « Cependant, en parcourant la littérature et en investissant tant de temps dans le protocole, nous avons réalisé que cela serait utile pour la communauté scientifique et pourrait avoir un impact sur de nombreux domaines différents. »