Des scientifiques observent la respiration microscopique des « bouches » des plantes en temps réel grâce à un outil de la taille d’une paume

Les scientifiques ont créé un nouvel outil pour observer les plantes respirer en temps réel. La nouvelle technologie pourrait aider à identifier les traits génétiques qui rendent les cultures plus résistantes aux changements climatiques mondiaux. changement climatiquedisent les chercheurs.

Le système alimentaire de l’humanité dépend des minuscules pores des feuilles des plantes. Ces pores microscopiques, appelés stomates (depuis le mot grec pour bouche) réguler combien de dioxyde de carbone une plante consomme et combien d’oxygène et de vapeur d’eau il expire.

« Il est très important pour nous de mieux comprendre les stomates », co-auteur de l’étude Andrew Leakeybiologiste végétal à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, a déclaré à Live Science. « Moi et beaucoup d’autres personnes cherchons à trouver des moyens d’utiliser la sélection ou la biotechnologie pour modifier le fonctionnement des stomates afin de produire de meilleures cultures, en particulier celles qui nécessitent moins d’eau. »

Des cellules spécialisées entourent les ouvertures des pores et se dilatent et se contractent pour ouvrir et fermer les stomates. Mais les scientifiques ne savent toujours pas exactement comment les stomates individuels régulent les mouvements d’entrée et de sortie de la plante.

« Malgré le fait que nous étudions les stomates depuis très, très longtemps et que nous en savons beaucoup sur eux, nous avons vraiment du mal à comprendre la quantité d’oxygène, d’eau et de carbone entrant et sortant des stomates avec le nombre de stomates, leur taille et la manière dont ils s’ouvrent », a déclaré Leakey.

Pour mieux comprendre ce processus, les chercheurs ont développé l’outil Stomata In-Sight, qu’ils ont décrit dans une étude publiée le 17 novembre 2025 dans la revue Physiologie végétale. L’instrument Stomata In-Sight combine un microscope, un système de mesure du flux de gaz stomatique et une analyse d’images par apprentissage automatique. « Il mesure l’activité collective de milliers et de milliers de stomates en termes de flux de dioxyde de carbone et d’eau », a déclaré Leakey.

Pour utiliser Stomata In-Sight, de petits morceaux de feuilles sont placés dans une chambre climatisée de la taille d’une paume humaine, qui est connectée à un système d’échange gazeux, a expliqué Leakey. Les chercheurs peuvent modifier les conditions à l’intérieur de la chambre pour voir comment les stomates réagissent aux variations de température, de disponibilité en eau et à d’autres paramètres. Le microscope se trouve à l’extérieur de la chambre et regarde à l’intérieur, tandis que l’analyse par apprentissage automatique identifie les stomates à partir des images du microscope, accélérant ainsi l’analyse.

Il a fallu plusieurs années à l’équipe pour développer le nouvel outil. Un problème majeur était que de minuscules vibrations – comme celles du ventilateur dans un système d’échange de gaz – pouvaient conduire à des images floues. « Cela nous a en fait pris environ cinq ans, et nous avons probablement eu trois prototypes qui ont échoué lorsque nous sommes arrivés à la solution finale », a déclaré Leakey.

L’équipe a déjà utilisé le système pour observer les stomates du maïs (Zea Mays) et d’autres cultures. Il a également utilisé les connaissances sur les stomates pour concevoir le sorgho (Sorgho bicoloreun type de plante cultivée pour le grain) pour utiliser moins d’eau. Ils ont identifié les gènes responsables de la densité des stomates sur les feuilles de sorgho et des plantes artificielles avec des stomates plus étalés.

L’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign a breveté la technologie et, même si elle n’est pas disponible dans le commerce, Leakey espère que des entreprises pourraient être intéressées à produire cet instrument pour d’autres groupes de recherche.

Mais tous les scientifiques ne sont pas convaincus. Alistair Hetheringtonprofesseur émérite de botanique à l’Université de Bristol au Royaume-Uni, doute que le nouvel outil révolutionne l’étude des stomates.

« Nous sommes capables d’utiliser la microscopie conventionnelle pour mesurer les changements dans l’ouverture stomatique depuis plus de cent ans, la microscopie confocale depuis probablement 25 ans et les techniques dites d’échange gazeux depuis 50 ans », a-t-il déclaré à Live Science. La nouvelle étude rassemble les techniques, mais les chercheurs s’en tiendront probablement aux « techniques existantes éprouvées et efficaces », a ajouté Hetherington.

Néanmoins, Leakey cherche à améliorer l’outil pour élargir son utilité. Le principal défi à l’heure actuelle est que regarder les stomates « respirer » prend beaucoup de temps. « Quand vous regardez au microscope, vous voyez en moyenne deux à trois stomates dans le petit morceau de feuille que vous regardez », a-t-il expliqué. « Mais il faut en réalité mesurer 40 ou 50 stomates pour tenir compte de la variation. » Cela doit être fait manuellement.

En outre, les stomates peuvent mettre quelques minutes à réagir aux conditions changeantes. Cela signifie que les scientifiques doivent attendre que les stomates aient fini de s’ouvrir ou de se fermer avant de prendre une autre image.

« Cela demande beaucoup de travail, mais il est possible que nous puissions utiliser la robotique et l’intelligence artificielle pour en faire un processus de chaîne de production », a-t-il déclaré. « Il y a beaucoup d’enthousiasme au sein de la communauté scientifique quant à la manière dont nous pouvons accélérer la recherche biologique en utilisant ce type d’outils. »