une brève histoire personnelle «Botany One

Julien Boulard

Le 21 février 1989, je travaillais au microscope électronique au département de physiologie de la faculté de médecine de l'université de Birmingham. À ce moment-là, j'étais sur le dernier de mes contrats postdoctoraux, travaillant avec Denis Wilkins sur la toxicité et la tolérance à l'aluminium (Al) dans les conifères. À l'époque, la toxicité en Al, causée par l'acidification des sols par les pluies acides dans des pays comme l'Allemagne et la Suède, jouait un rôle majeur dans le dépérissement observé dans les forêts connues en allemand sous le nom de «Waldsterben». J'avais fait un peu une spécialité de la microanalyse aux rayons X, et je le faisais à Birmingham, en regardant spécifiquement les racines d'épinette de plantes qui avaient été traitées avec Al. J'ai repéré quelque chose d'inattendu ce jour-là et j'ai noté dans mon journal: «Il semble qu'Al soit fréquemment associé au Si (silicium) dans la paroi cellulaire et qu'il pénètre dans un compartiment cytoplasmique, le noyau, où il est associé à phosphore." Plus tard cette année-là, j'ai visité la salle de microscopie électronique de l'hôpital Mount Sinai de Toronto, où ils disposaient du plus bel équipement pour cartographier les distributions élémentaires, et bien sûr, Al et Si étaient colocalisés dans les parois cellulaires corticales (voir Fig.1). Pourquoi étais-je si excité? Je travaillais déjà sur les phytolithes (corps de silice végétale) depuis dix ans en 1989, mais je n'avais jamais vu d'Al associé à Si auparavant. Serait-ce un mécanisme pour diminuer la toxicité d'Al? J'ai parcouru la littérature et trouvé toutes sortes de pistes dans des domaines aussi divers que biologie des poissons et Maladie d'Alzheimer chez l'homme, mais il n'y avait pas grand-chose sur les interactions Al-Si dans les plantes. Je ne pensais pas à l'époque que cela constituerait un axe majeur de mes recherches, et que j'en publierais encore en 2020!

Figure 1: Coupe transversale à travers le cortex externe et l'épiderme d'une racine d'épinette de Norvège. Image au microscope électronique à transmission à balayage (STEM) et images de distribution des rayons X pour l'aluminium (Al); Potassium (K); et silicium (Si).

J'ai déménagé de Birmingham à Oxford Polytechnic (maintenant Oxford Brookes University) en septembre 1989. J'ai rapidement convaincu mon collègue canadien, Allan Sangster, que les interactions Al-Si dans les plantes méritaient d'être étudiées. À l'été 1991, nous avons travaillé ensemble à Toronto sur ce projet. Nous avons mené nos premières expériences sur les interactions Al-Si dans le sorgho et avons montré que le Si améliorait vraiment la toxicité d'Al chez cette espèce. De plus, nous avons de nouveau utilisé la microanalyse aux rayons X et Al et Si co-déposés dans les parois cellulaires épidermiques des racines.

J'ai rencontré David Evans pour la première fois le 8 octobre 1992, peu de temps après son arrivée à l'Oxford Polytechnic en tant que boursier de recherche de la Royal Society. David était toujours plus «cellulaire et moléculaire» tandis que j'étais plus «végétal entier et environnemental», alors nous avons fait (et faisons) une excellente combinaison. En 1992/3, je supervisais une étudiante de premier cycle, Kim Hammond, qui étudiait les interactions Al-Si dans l'orge et obtenait de bons résultats. David a suggéré que nous devrions postuler pour une bourse d'été de la Royal Society pour Kim afin de poursuivre son travail après avoir obtenu son diplôme. Cela a été un succès et cela nous a permis de terminer son travail, montrant à nouveau que Si pourrait améliorer la toxicité d'Al. À l'époque, David était rédacteur en chef du Journal of Experimental Botany, et son idée suivante était de revoir tout le sujet des interactions Al-Si dans les plantes dans ce journal avant de poursuivre nos travaux. L'examen s'est avéré très populaire et, en février 2020, il avait été cité 245 fois selon Google Scholar.

Donc, en 1995, nous savions que, dans certaines circonstances, le Si pouvait améliorer la toxicité de l'Al dans les plantes, mais nous avions peu d'idée du mécanisme. David et moi avons ensuite eu la chance d'obtenir un financement, et nous avons été encore plus chanceux d'avoir Kay Cocker (maintenant Miller) comme doctorat. étudiant travaillant sur ce sujet. Kay a résolu le problème pour nous avec son approche très innovante impliquant l'exsudation de malate induite par Al à partir des racines de blé. Pour faire court, il est apparu que le mécanisme d'amélioration impliquait la formation d'hydroxyaluminosilicates non toxiques dans l'apoplaste des racines. Nous avons rassemblé tout ce travail et l'avons rédigé comme hypothèse. Jusqu'à présent, l'hypothèse a fait l'objet de tests assez rigoureux sur plus de 20 ans et elle a tenu le coup. David et moi avons poursuivi notre travail sur les interactions Al-Si pendant plus de dix ans, aidés par nos étudiants Michelle Ryder et Subramaniam Prabagar. Pendant ce temps, Allan Sangster et moi avons travaillé sur le dépôt de minéraux dans les aiguilles de conifères, en commençant par épinette blanche, puis un certain nombre d'autres espèces (par exemple le pin blanc; Fig.2). Très fréquemment, nous avons trouvé des co-dépôts d'Al-Si dans l'épiderme ou le tissu transfusionnel.

Figure 2. Localisation minérale dans une aiguille de 2e année de pin blanc (Pinus strobus), déterminée par microanalyse aux rayons X. Des micrographies illustrent la face plane et gelée d'une coupe transversale à 1 mm derrière la pointe. Image STEM et images de distribution de rayons X pour le calcium (Ca), le silicium (Si) et l'aluminium (Al). Abréviations: endoderme (fr), épiderme (ep), hypoderme (hy) mésophylle (moi), tissu transfusionnel (tr), tissu vasculaire (vt), paroi du xylème (xw).

Au fil du temps, David a concentré ses efforts sur la enveloppe nucléaire de l'usine, pendant que je m'impliquais écrire des livres (Fig.3), dans l'utilisation de phytolithes archéologie et en paléoécologie, puis plus récemment dans les travaux sur la séquestration du carbone. Nous avons tous les deux gardé un œil sur la recherche impliquant des interactions Al-Si, mais aucun de nous n'y travaillait. Puis, le 5 mars 2019, complètement à l'improviste, j'ai été contacté par Durgesh Tripathi, éditeur invité d'une édition spéciale du Journal of Experimental Botany sur le silicium végétal. Voudrais-je écrire un article de revue et sur quel sujet? Tout de suite, je me suis dit que je voulais écrire une mise à jour sur les interactions Al-Si dans les plantes. Je savais aussi qui je voulais en tant que co-auteur; David Evans.

Figure 3. De gauche à droite: Martin Hodson, David Evans et John Bryant. Prise en 2012 peu de temps après la publication de la biologie fonctionnelle des plantes (Hodson et Bryant, 2012).

En 2019, David était devenu doyen associé de la recherche et de l'échange de connaissances à Brookes et était également fortement impliqué dans ses travaux sur l'enveloppe nucléaire. Quand je l'ai approché, je m'attendais à ce qu'il dise qu'il était trop occupé. Mais à ma grande surprise, il a accepté d'être co-auteur, à condition que nous ayons fait le travail pendant les vacances d'été! Au cours des 25 années écoulées depuis notre première revue, des transporteurs Si et Al avaient été découverts, et les connaissances de David en biologie moléculaire étaient inestimables. Nous nous sommes réunis plusieurs fois au cours de l'été 2019 et avons facilement soumis le document avant la date limite de novembre. Puis nous avons attendu. Même des chercheurs expérimentés s'inquiètent de ce qui pourrait arriver à leur précieux document entre les mains des arbitres et des éditeurs. Mais dans la soirée du 23 décembre 2019, l'e-mail de l'éditeur est venu avec la décision, «corrections mineures». J'ai rapidement transmis l'e-mail à David, disant que c'était un cadeau de Noël très bon pour lui. Il était d'accord.

Notre revue de 1995 est sortie en février de la même année, et exactement 25 ans plus tard, dans le même journal, nous sommes heureux d'annoncer la publication de Hodson et Evans (2020). Jusqu'à présent, cela a été une toute une histoire. Que se passera-t-il au cours des 25 prochaines années?

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