Cet attrape-mouche mutant de Vénus a mystérieusement perdu sa capacité à « compter »

En 2011, un horticulteur nommé Mathias Maier est tombé sur un mutant inhabituel d’un attrape-mouche de Vénus, une plante carnivore qui piège et se nourrit d’insectes. Les scientifiques ont récemment découvert que l’attrape-mouche typique de Vénus peut en fait « compter » jusqu’à cinq, ce qui a suscité de nouvelles recherches sur la façon dont la plante gère cet exploit remarquable. L’attrape-mouche mutant pourrait détenir la clé. Selon un nouvel article publié dans la revue Current Biology, ce piège à mouches mutant ne se referme pas en réponse à une stimulation comme les pièges à mouches typiques de Vénus.

« Ce mutant a manifestement oublié comment compter, c’est pourquoi je l’ai nommé Dyscalculie (DYSC) », a déclaré le co-auteur Rainer Hedrich, biophysicien à la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) en Bavière, en Allemagne. (Cela s’appelait auparavant « ERROR ».)

Comme nous l’avons signalé précédemment, l’attrape-mouche de Vénus attire sa proie avec un agréable parfum fruité. Lorsqu’un insecte se pose sur une feuille, il stimule les poils déclencheurs très sensibles qui tapissent la feuille. Lorsque la pression devient suffisamment forte pour plier ces poils, la plante refermera ses feuilles et emprisonnera l’insecte à l’intérieur. De longs cils saisissent et maintiennent l’insecte en place, un peu comme des doigts, alors que la plante commence à sécréter des sucs digestifs. L’insecte est digéré lentement pendant cinq à 12 jours, après quoi le piège se rouvre, libérant l’enveloppe desséchée de l’insecte dans le vent.

En 2016, Hedrich a dirigé l’équipe de scientifiques allemands qui ont découvert que le piège à mouches de Vénus pouvait en fait « compter » le nombre de fois que quelque chose touche ses feuilles bordées de poils – une capacité qui aide la plante à faire la distinction entre la présence d’une proie et une petite noix ou pierre, ou même un insecte mort. Les scientifiques ont zappé les feuilles des plantes d’essai avec des impulsions mécano-électriques de différentes intensités et ont mesuré les réponses. Il s’avère que la plante détecte ce premier « potentiel d’action » mais ne se referme pas tout de suite, attendant qu’un deuxième zap confirme la présence d’une proie réelle, moment auquel le piège se ferme.

Mais le piège à mouches de Vénus ne se ferme pas complètement et produit des enzymes digestives pour consommer la proie jusqu’à ce que les poils soient déclenchés trois fois de plus (pour un total de cinq stimuli). Les scientifiques allemands ont comparé ce comportement à une analyse coût-bénéfice rudimentaire, dans laquelle les stimuli déclencheurs aident le piège à mouches de Vénus à déterminer la taille et le contenu nutritionnel de toute proie potentielle se débattant dans sa gueule et si cela en vaut la peine. Sinon, le piège libérera tout ce qui a été attrapé dans les 12 heures environ.

En 2020, des scientifiques japonais ont génétiquement modifié un attrape-mouche de Vénus afin qu’il devienne vert en réponse à une stimulation extérieure, donnant des indices importants sur le fonctionnement de la « mémoire » à court terme de la plante. Ils ont introduit un gène pour une protéine capteur de calcium appelée GCaMP6, qui devient verte chaque fois qu’elle se lie au calcium. Cette fluorescence verte a permis à l’équipe de suivre visuellement les changements dans les concentrations de calcium en réponse à la stimulation des poils sensibles de la plante avec une aiguille.

Les résultats ont soutenu l’hypothèse selon laquelle le premier stimulus déclenche la libération de calcium, mais la concentration n’atteint pas le seuil critique qui signale au piège de se fermer sans un deuxième afflux de calcium à partir d’un deuxième stimulus. Ce deuxième stimulus doit cependant se produire dans les 30 secondes, car les concentrations de calcium diminuent avec le temps. S’il faut plus de 30 secondes entre le premier et le deuxième stimuli, le piège ne se fermera pas. Ainsi, la croissance et la diminution des concentrations de calcium dans les cellules des feuilles semblent vraiment servir de mémoire à court terme pour le piège à mouches de Vénus, bien que la manière précise dont les concentrations de calcium fonctionnent avec le réseau électrique de la plante reste floue.

Cela ne semble pas être le cas avec DYSC, même s’il est par ailleurs « essentiellement impossible à distinguer » des attrape-mouches de Vénus dans la nature. DYSC ne se ferme pas en réponse à deux stimuli sensoriels et ne traite pas sa proie en réponse à des stimuli supplémentaires. Naturellement, Hedrich et al. voulait savoir pourquoi. Ils ont acheté des attrape-mouches sauvages de Vénus et des attrape-mouches mutants DYSC et ont réalisé des expériences parallèles : à la fois stimuler mécaniquement les plantes et mesurer les potentiels d’action, et pulvériser les plantes avec une hormone de contact appelée acide jasmonique, qui est cruciale pour le traitement des proies.

Hedrich et son équipe ont découvert que la mutation ne semblait affecter ni le potentiel d’action ni le signal calcique sous-jacent lors de la première étape à deux temps du processus. Les potentiels d’action se déclenchent, mais le piège ne se referme pas, suggérant que l’activation tactile de la signalisation du calcium est supprimée. De plus, les scientifiques ont suspecté un défaut affectant le décodage du signal calcique. L’administration d’acide jasmonique n’a pas résolu le problème de l’échec de la fermeture rapide du piège, mais elle a restauré la capacité de traiter les proies.

La co-auteure Ines Kreuzer a ensuite examiné les modèles d’expression génique dans les gènes mutants pour repérer tout changement qui pourrait en être responsable. Elle a pu réduire les suspects probables à quelques composants de décodage, qui se lient au calcium et modifient par la suite certaines protéines effectrices, notamment une enzyme appelée LOX3, qui joue un rôle vital dans la biosynthèse de l’acide jasmonique. La prochaine étape consiste à examiner de plus près les protéines modifiées et à modifier leur activité lorsque la proie entre en contact avec DYSC. « De cette façon, nous voulons fermer le cercle et découvrir ce que fait la plante pour distinguer les nombres les uns des autres, c’est-à-dire comment cela compte », a déclaré Hedrich.

DOI : Current Biology, 2023. 10.1016/j.cub.2022.12.058 (À propos des DOI).

Image de l’annonce par Naturfoto Honal | Getty