MICRO – bioindications structurales des contraintes environnementales
Sous l’effet de contraintes d’origine environnementale ou anthropogène, les plantes développent rapidement des modifications de la structure des cellules, des tissus et des organes affectés. La morphologie, la distribution et l’intensité des changements structuraux reflètent les perturbations de la physiologie cellulaire et varient d’un facteur de stress à l’autre. Ainsi, la microscopie peut être utilisée pour mieux comprendre les relations de cause à effet entre le stress et les réactions structurales et pour poser un diagnostic dans le cas de modifications de la vitalité.
Les objectifs principaux de MICRO sont de développer des outils analytiques dans le but de caractériser les changements structuraux de l’échelle sub-cellulaire à la plante entière et d’appliquer ces connaissances dans le cadre de projets de recherche concernant différentes problématiques environnementales. C’est principalement les effets de facteurs de stress abiotiques qui sont étudiés.
D’un point de vue méthodologique, différentes approches descriptives et quantitatives en microscopie photonique diascopique et à fluorescence et en microscopie électronique sont combinées dans le but d’identifier des groupes de bioindications structurales, d’analyser leur distribution spatiale dans les cellules et les tissus et de caractériser les réactions physiologiques des plantes sous stress. Les structures mises en évidence avec diverses méthodes histochimiques peuvent être quantifiées par la suite en analyse d’images et comparées avec d’autres données, par exemple des mesures morphologiques, physiologiques ou (bio)chimiques.
Détails du projet
Durée du projet
2011 - 2018
Direction du projet
Des thèmes de recherche variés, nécessitant le développement d’approches expérimentales diverses, sont abordés dans MICRO. Notre savoir-faire provient principalement de notre participation à des expérimentations du WSL en conditions contrôlées (MODOEK) et nous l’appliquons dans le cadre de collaborations impliquant des chercheurs du WSL et/ou d’institutions partenaires. Notre expérience démontre que les changements structuraux jouent un rôle fondamental dans la réponse des plantes au stress et qu’ils interviennent simultanément aux modifications physiologiques.
Des exemples d’applications
Compartimentation de métaux lourds dans les tissus végétaux
En corollaire des activités industrielles présentes et passées, d’accidents avec des produits toxiques ou de décharges insuffisamment contrôlées, des milliers de sites en Suisse et dans d’autres pays développés sont contaminés avec différents polluants organique ou anorganiques – principalement des métaux lourds. Ces sites, qui ne conviennent plus à l’agriculture, sont spontanément recolonisés par une végétation rudérale ou peuvent être replantés avec des végétaux tolérants ou accumulateurs de métaux dans le but, si les niveaux de contamination sont suffisamment faibles, d’extraire ou de stabiliser les contaminants et d’empêcher leur diffusion latérale ou horizontale dans les nappes phréatiques.
Dans MICRO, la compartimentation de contaminants édaphiques à l’échelle de la cellule, des tissus ou de l’organe est analysée à l’aide de différentes méthodes histochimiques et micro-analytiques de microlocalisation. Les résultats sont comparés aux réactions de stress, de détoxification et de tolérance dans le but de mieux comprendre les mécanismes physiologiques et d’immobilisation des contaminants sous-jacents. Ces connaissances peuvent contribuer à une sélection d’organismes appropriés pour la gestion des sites contaminés.
Mécanismes de tolérance et réactions de stress en réponse aux changements climatiques en cours chez les espèces ligneuses
Des changements majeurs dans la structure et la composition des écosystèmes sont attendus en réponse à l’augmentation des températures et la modification des régimes de précipitation au cours de ce siècle. Les augmentations de mortalité chez les espèces sensibles et dans les sites les plus exposés, tels que les pins sylvestres dans le fond de certaines vallées alpines, indiquent un début de réaction de la part des écosystèmes forestiers.
Dans MICRO, les changements structuraux en réponse à l’augmentation principalement du stress hydrique font l’objet de recherches et les symptômes de stress ou les adaptations phénotypiques (changements xéromorphiques) chez les espèces sensibles et tolérantes sont analysés. Des marqueurs spécifiques sont identifiés et des bioindications quantitatives développées pour caractériser les réactions des arbres sur le terrain et mieux comprendre les mécanismes permettant une meilleure tolérance aux périodes de sécheresse.
Dégâts d’ozone dans le feuillage d’essences ligneuses
En synergie avec le stress photo-oxydant, les concentrations ambiantes d’ozone causent l’apparition de symptômes spécifiques dans le feuillage d’un grand nombre de feuillus et de conifères croissant dans différentes régions des hémisphères nord et sud. Les symptômes microscopiques varient en fonction de la dose d’ozone absorbée et de l’espèce.
Dans MICRO, les symptômes se développant dans le feuillage des espèces sensibles sont validés et les effets antagonistes ou synergiques des autres contraintes environnementales sont analysés.