CHAPITRE V MÉCANISME PHYSIQUE DE LA TUBÉRISATION

La relation entre la symbiose et la tubérisation étant établie pour des plantes appartenant aux groupes les plus variés, il reste à expliquer par quel mécanisme les Champignons symbiotiques peuvent modifier le mode de croissance des tissus de leurs hôtes au point de provoquer la formation de tubercules.

35. Action à distance des Champignons. — Il convient de remarquer d’abord que l’action des Champignons s'exerce à distance des cellules qu'ils envahissent. Les endophytes, comme on l’a vu, ne pénètrent jamais que des cellules accrues et différenciées ; on ne saurait s'attendre à voir des tubercules se former aux dépens de telles cellules, incapables de multiplication et de croissance. La tubérisation ne peut évidemment se produire qu’au contact des zones méristématiques, où les cellules, restées embryonnaires, gardent le pouvoir de se diviser. Or les méristèmes ne sont jamais atteints par les Champignons symbiotiques et sont souvent situés à de grandes distances des régions infestées. Il faut done admettre que les endophytes localisés en certaines régions des plantes. interviennent en provoquant une modification générale de l'équilibre physico-chimique de la sève, capable de retentir sur les cellules méristématiques et d'entraîner des anomalies. de croissance, Des exemples de semblables actions à distance sont d’ailleurs communs dans les infections animales : il est, fréquent que des Bactéries, localisées dans une région limitée de l'organisme d’un animal, sécrètent des toxines qui diffusent dans les humeurs et agissent électivement sur des

tissus souvent fort éloignés de la zone envahie, sur les centres. nerveux par exemple.

36. Mode de formation des tubereules. — Ceci posé, quelles sont essentiellement les anomalies de croissance des méristèmes qui ont pour conséquence la formation de tubercules ?

Lorsque le fonctionnement d’un méristème aboutit au développement d’un organe de structure normale, d’une tige feuillée, par exemple, les cellules qui proviennent de la division des initiales s’accroissent en longueur sans s’épaissir notablement. Il se constitue ainsi, immédiatement en arrière du bourgeon terminal, une zone d’élongation, où la croissance se fait dans le sens longitudinal. Ce mode de croissance des cellules a pour conséquence la production d’une tige grèle, à entre-nœuds allongés. Il n’en est pas de même lors- - qu’un tubercule se forme aux dépens du bourgeon. En pareil cas, les cellules issues des cloisonnements du méristème restent relativement courtes, mais s’accroissent notablement dans le sens transversal, si bien que, tout en augmentant leur volume, elles restent isodiamétriques, comme les cellules embryonnaires d’où elles dérivent. L’ensemble de ces cellules accrues en épaisseur constitue non un organe grèle, comme dans le cas précédent, mais un tubercule épais dont les entrenœuds, s’il s’agit d’une tige, restent courts. La forme de la plante résulte done, en dernière analyse, du mode de croissance de ses cellules ; la tubérisation se produit lorsque la croissance par épaississement se substitue à la croissance normale par élongation.

- Le problème se réduit, par conséquent, à rechercher les modifications physico-chimiques du suc cellulaire capables d'entraîner la croissance transversale des cellules, et à examiner si des modifications de cet ordre peuvent être engendrées par les Champignons symbiotiques.

37. Croissance transversale chez les Thallophytes. — Le mécanisme de la croissance par .épaississement se présente avec le maximum de simplicité et, en quelque sorte, sous sa forme élémentaire chez les organismes unicellulaires, ou

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tout au moins chez les Thallophytes inférieurs, formés dé cellules peu différenciées. C’est le cas des Algues filamenteuses telles que les Stigeoclonium, généralement constituées par des files de cellules allongées, mais qui peuvent, dans certaines circonstances, former des masses palmelloïdes épaissies, à cellules isodiamétriques. M. LivinGsron [20] a étudié le déterminisme de la croissance palmelloïde de ces Algues ; cultivant des Stigeoclonium dans des solutions de même composition chimique, mais de concentration variable, il a constaté que le passage de la forme filamenteuse à la forme massive pouvait être obtenu par un simple accroissement de la concentration. Le phénomène est d’ailleurs réversible, et l’on peut inversement passer de la forme palmelloïde à la forme filamenteuse, en diminuant la concentration. Dans une autre série d'expériences, M. LivinGsTton [21, 22] a fait varier, én outre, la composition chimique du liquide nutritif ; il a observé que la concentration critique pour laquelle le passage d’une forme à l’autre est réalisé différait suivant la nature chimique des substances dissoutes.

J’ai observé une action de même sens de la concentration sur le mode de croissance des cellules chez une Bactérie (Bacillus Diphteriæ). Le Bacille diphtérique, cultivé sur les milieux nutritifs usuels, se développe sous forme de bâtonnets grêles. Immergé dans les mêmes milieux additionnés d’une certaine proportion de glucose, il donne naissance à des cellules fortement renflées en fuseau, ayant l’aspect de Radis microscopiques.

38. Influence de la concentration. — Chez les plantes supérieures, de très nombreuses expériences montrent que la croissance transversale des cellules et la tubérisation qui en découle peuvent dépendre de même de la concentration des substances dissoutes dans le suc cellulaire. M. E. Lau- RENT [19] a montré que l’on peut obtenir des tubercules sur. des tiges aériennes de Pomme de terre coupées et plongées dans une solution de saccharose suffisamment concentrée. Noël BERNARD [2,3] a repris ces expériences et en a précisé l'interprétation : des tiges de Pommes de terre coupées sont

plongées dans des solutions de glucose, de saccharose, de glycérine ou de chlorure de potassium diversement concentrées. Les bourgeons axillaires de ces boutures se développent soit en tubercules, soit en rameaux feuillés, suivant la concentration de la solution. Au-dessus d’une concentration moléculaire, ou plutôt d’une pression osmotique critique, toujours la même, quelle que soit la substance dissoute, il se forme des tubercules, tandis que, pour les concentrations plus faibles, il se développe régulièrement des rameaux. Des solutions très différentes au point de vue chimique donnent donc des résultats comparables, pourvu qu’elles soient isotoniques. Cette expérience montre que la tubérisation dépend moins de la nature chimique des substances dissoutes et de leur valeur nutritive que des propriétés physiques que les solutions tiennent de leur concentration moléculaire.

Dans une série d'expériences fort suggestives, portant sur des espèces variées, M. MoLriarDp [29, 33] a montré que l’on pouvait provoquer la tubérisation en l’absence de tout microorganisme, en élevant, par un artifice convenable, la teneur en sucres de la sève des plantes. Des graines de Radis, semées aseptiquement sur des solutions salines glucosées, développent des racines grêles. Semées sur les mêmes solutions additionnées d’une certaine proportion de glucose ou de saccharose, elles donnent des plantules à racine principale tubérisée. Des expériences comparables, à quelques variantes près, ont été réalisées pour des plantes diverses, telles que l’Oignon, la Carotte, le Dahlia (1).

Par contre, à partir de graines de Pomme de terre semées. dans les mêmes conditions, le même auteur [31] a constamment obtenu des plantules dépourvues de tubercules, que le milieu nutritif minéral fût ou non additionné de 5 à 10

(1) La Carotte et le Dahlia, à la différence du Radis et de l'Oignon, se sont montrés incapables d'utiliser les sucres de la solution nutritive. C’est en faisant . circuler dans les tubes de culture de l'air chargé de gaz carbonique, de manière

à assurer une assimilation chlorophyllienne intense, que M. MozrraARD a pu obtenir la tubérisation aseptique de ces deux espèces. Chez lOignon, dans des. conditions d’éclairement convenables, la tubérisation aseptique à pu être obtenue sur des milieux très dilués (eau de source stérilisée). Les substances. dissoutes nécessaires à la tubérisation sont dans ces cas fournies par la photosynthèse,

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p. 100 de glucose. Attribuant dans ce cas l’absence de tubérisation à une utilisation insuffisante des sucres de la solution, il a augmenté l’absorption du glucose par les racines en supprimant les échanges gazeux des tubes de culture avec l’air extérieur. Dans des tubes où, à cet effet, le bouchon d’ouate avait été remplacé par un bouchon de caoutchouc, les graines ont donné des plantules formées d’une tige épaisse et courte, à entre-nœuds raccourcis, à feuilles réduites à des écailles atrophiées, présentant en un mot les traits essentiels de la tubérisation ; les cellules parenchymateuses de ces plantules anormales renfermaient d’ailleurs de nombreux grains d’amidon, qui font défaut dans les tiges ordinaires de Pomme de terre.

39. Tubérisation aseptique des Orchidées. — D’après ces expériences, le passage de la croissance par élongation à la croissance par épaississement paraît dépendre, dans la plupart des cas, d’une élévation de la pression osmotique du liquide qui one les cellules. Chez les Orchidées même, où le rôle du Champignon dans la germination des graines et la tubérisation des embryons a été vérifié de la façon la plus décisive, Noël BERNARD a montré, par une série de belles expériences, que l’action du parasite pouvait se ramener à un mécanisme physico-chimique de même type. Les recherches de cet ordre ont porté sur le Bletilla hyacinthina et sur les Cattléyées [5]. La première de ces Orchidées représente l’un des types les plus primitifs de la famille ; on sait qu’elle peut germer avec ou sans le concours de Champignons. Semées sans Champignons sur des milieux nutritifs dilués, où l’abaissement du point de congélation A est de 00,01, elles se développent lentement en plantules grêles, à entre-nœuds allongés. Associées, sur les mêmes milieux, à des Champignons d'activité croissante, elles ont un développement plus rapide et produisent un tubercule embryonnaire d'autant plus précoce et d’autant plus volumineux que le mycélium employé est plus virulent., Si, d’autre part, on augmente la concentration, sans faire intervenir les Champignons, on constate que, pour des concentrations encore relativement

faibles (A — 09,02), la croissance devient plus rapide, mais se fait encore par élongation, tandis que, pour des concentrations fortes (A — 00,04 et mieux encore A — 00,06), le mode de croissance change : la plupart des plantules présentent un tubercule embryonnaire et des entre-nœuds courts. Si l’on compare les plantules obtenues sans Champignons à des concentrations de plus en plus élevées, à celles qui se sont développées à une même concentration avec des Champignons de plus en plus actifs, on constate un parallélisme étroit entre les deux séries de cultures. L’accroissement de concentration des solutions, conclut Noël BERNARD, pour les plantules élevées sans Champignons, entraîne les mêmes résultats que l’accroissement d'activité des Champignons pour les plantules soumises à la symbiose.

Les expériences sur les Cattléyées ont donné des résultats de même ordre. Semées sans Champignons sur des milieux dilués, les graines de Cattléyées ne germent pas. Sur des milieux plus concentrés, elles sont au contraire capables de germination autonome et se développent en donnant des plantules tubérisées conformes au type habituel. Adaptées enfin à vivre sans Champignons sur des milieux très fortement concentrés, elles développent des tubercules embryonnaires volumineux et présentant des anomalies comparables à celles que Noël BERNARD a obtenues dans certains cas

d'associations anormales.

40. Mécanisme de l’action des Champignons. — Ces résultats amènent logiquement à conclure que les Champignons agissent sur la croissance en produisant dans les cellules de leurs hôtes, grâce aux diastases qu'ils sécrètent, des dislocations moléculaires qui ont pour effet d’élever la concentration de la sève. Cette augmentation de la concentration ne se limitant évidemment pas aux régions envahies par les parasites, on conçoit que ses effets puissent se faire sentir

+, à distance.

Noël BERNARD a vérifié cette vue théorique en constatant que les Rhizoctones d’Orchidées sont capables d'augmenter la concentration des solutions où on les cultive. Des tubes

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de culture contenant une décoction de salep additionnée de saccharose sont stérilisés, puis placés à l’étuve à 270, les uns sans Champignons, les autres après ensemencement de divers Rhizoctones. Après vingt-cinq jours, tandis que l’abaissement du point de congélation était de 00,38 dans les solutions stériles, il atteignait 00,64 dans les solutions ensemencées de Ahizoctonia mucoroides. La présence des Rhizoctones entraînant une augmentation très notable de concentration de la solution employée (1), il est naturel de penser que ces Champignons agissent de même dans les cellules qu’ils envahissent.Cetteaction in vivo est d’ailleurs prouvée directement par le fait observé par Maanus [23], par Noël BERNARD et par mol- même, de la disparition de l’amidon dans les cellules infestées ; la dislocation d’un composé colloïdal tel que l’amidon est parmi celles qui peuvent au mieux entrainer une augmentation de la pression osmotique du suc cellulaire.

Ainsi les Champignons symbiotiques engendrent précisément, dans les milieux où ils végètent, les modifications physico-chimiques par lesquelles on a pu provoquer artificiellement la croissance par épaississement. Le mécanisme de l’action de la symbiose sur la tubérisation se trouve de la sorte éclairé. Au reste, le cas des plantes à tubercules n’est pas le seul où les actions complexes exercées dans la nature par des parasites spécifiques ont pu être ramenées à des mécanismes physico-chimiques plus simples.

A1. Mécanisme des actions cécidogènes. — En semant aseptiquement des graines de Pois sur des filtrats de culture de Rhizobium radicicola Beyer., M. MozrrrarD [30] a obtenu des plantules à racines courtes et fortement épaissies, présentant des phénomènes d’hyperplasie et d’hypertrophie comparables à ceux qui caractérisent les nodosités radicales produites dans la nature par le Rhizobium lui-même. Le même auteur [32], en inoculant dans le pistil du Papaver Rhæas un extrait aqueux de larves de l’Aulax Papaveris, a obtenu

(1) Cette augmentation ne tient pas à l’ évaporation, qui est sensiblement la même pour tous les tubes, mais sans doute à une inversion PAU du saccharose,

une hypertrophie des lames placentaires semblable à celle que provoque la piqûre de ce parasite. Ces deux exemples montrent que l'hypertrophie réalisée dans certaines cécidies peut être obtenue artificiellement en dehors de l'intervention des parasites. |

Mais il s’agit là encore d'actions spécifiques, provoquées par des substances chimiques complexes élaborées par les parasites eux-mêmes. Dans d’autres cas, des hyperplasies, qui dans les conditions naturelles relèvent d’actions parasitaires, ont pu être réalisées sous l’action de facteurs physiques simples, sans qu'aucune substance spécifique soit mise. en jeu. Étudiant le mécanisme d’action du Bacterium tumefaciens, qui provoque chez diverses plantes des tumeurs comparables par leur structure et leur mode d’extension au cancer des animaux, M. Erwin Suirx [41] a inoculé dans des tiges de Ricin des substances chimiques définies, trouvées dans les cultures de cette Bactérie et résultant de son métabolisme. Il a chtenu, par ce moyen, la production d’excroissances présentant quelques-uns des traits de structure qui caractérisent les galles dues au PBacterium tumefaciens même. Les substances capables de produire de tels effets sont très variées, puisqu'elles comprennent des sels ammoniacaux, des amines, des aldéhydes, des acides tels que l’acide acétique et l’acide formique. Ce n’est donc pas par leur nature chimique qu’elles agissent, mais bien par un mécanisme physique qui doit être le même dans tous les cas, et qui, selon M. Surru, consiste vraisemblablement en une modification de la pression osmotique.

Les faits rapportés dans ce chapitre montrent que les actions parasitaires spécifiques, qui, dans la nature, aboutissent à la production d’anomalies de croissance et de structure, peuvent souvent être ramenées à des mécanismes physico-chimiques d’ordre banal, parmi lesquels les variations de la concentration moléculaire jouent un rôle fondamental. Ils sont à rapprocher de la parthénogenèse expérimentale, où des facteurs physiques de même nature se substi-

‘tuent efficacement à l’action spécifique des spermatozoïdes. ANN./ DES SG. NAT. BOT., 106 série. 4921, 11, 16

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Les expériences de tubérisation aseptique sous l'influence: de solution concentrées, en rendant compte du mode d’action des parasites, complètent heureusement la théorie qui attri-bue à la symbiose un rôle prépondérant dans la production normale des tubercules. Mais elles n’infirment pas plus cette. théorie que les expériences de parthénogenèse ne diminuent l'importance de la fécondation comme facteur de la segmentation des œufs. En transportant dans le domaine de la chimie: physique quelques-uns des problèmes complexes et obscurs de la biologie, elles permettent de pénétrer plus profondément. le mystère des phénomènes vitaux.