Étude de cas : Recherche génétique sur le mécanisme de génération de chaleur chez les plantes

L’utilisation de caméras thermiques peut conduire à la découverte rapide de nouvelles plantes exothermiques

Le Kazusa DNA Research Institute (l’Institut Kazusa de recherche sur l’ADN) a été fondé en 1994 en tant que premier établissement au monde spécialisé dans la recherche sur l’ADN. La mission de l’Institut est de contribuer largement dans divers domaines tels que la médecine, l’agriculture, l’industrie et l’éducation, tout en restant leader mondial dans les activités de recherche sur l’ADN.

Le Dr Mitsuhiko Sato, chercheur de projet spécialisé en biologie évolutionnaire, recherchait un moyen d’observer et d’enregistrer chez les plantes les changements de température qui génèrent de la chaleur sans les perturber. Il a récemment acheté une caméra thermique Teledyne FLIR T530 pour ses recherches.

Le Kazusa DNA Research Institute et le Dr.Mitsuhiko Sato

Étude des changements de température dans un chou puant (symplocarpe fétide), une plante exothermique

Certaines plantes génèrent de la chaleur — il y en a environ 90 variétés différentes dans le monde. Mais comme la température est invisible, il peut exister encore plus de plantes « exothermiques » générant de la chaleur qui n’ont pas été découvertes. L’un des rares chercheurs engagés dans la recherche sur les plantes exothermiques est le Dr Sato, chercheur de projet au Kazusa DNA Research Institute.

« J’étudie actuellement le Symplocarpus foetidus var. latissimus de la famille des Araceae, une espèce apparentée au chou puant (symplocarpe fétide). La plante fleurit au début du printemps juste après le dégel lorsque la température extérieure est proche de zéro », déclare le Dr Sato. « Cependant, la plante génère de la chaleur la nuit, qui atteint environ 20 degrés Celsius et elle maintient cette température pendant environ une à deux semaines pendant la saison de la floraison. Il ne s’agit pas d’un animal homéothermique, mais d’une plante homéothermique. En outre, il existe des plantes comme le palmier sagou (ci-dessous) qui sont appelées « plantes poikilothermes » puisqu’elles génèrent plus de chaleur lorsqu’il fait chaud.» Pour les mesures sur plantes exothermiques, le Dr Sato a utilisé un enregistreur de données de thermocouple conventionnel et a inséré une sonde en forme d’aiguille dans la fleur pour tracer les changements de température. Cependant, si la sonde est insérée dans la fleur, elle peut causer la mort de celle-ci. De plus, les mesures de thermocouple par un enregistreur de données mesurent uniquement la température de l’endroit où l’aiguille est insérée. Dans l’espoir d’obtenir une idée plus précise des points de la fleur qui génèrent le plus de chaleur sans endommager la fleur, le Dr Sato a décidé d’acheter une caméra thermique. Comme il ne savait pas quelle caméra acheter, son adjoint de recherche a présenté au Dr Sato la caméra thermique Teledyne FLIR.

« Quand on achète un nouvel équipement, il est important que celui-ci ait la capacité de reproduire les résultats de la recherche. Mon adjoint de recherche a suggéré d’acheter la caméra thermique Teledyne FLIR pour mesurer la température de la fleur sans l’endommager. C’est un aspect sur lequel nous mettons l’accent si nous achetons d’autres équipements », déclare-t-il. « J’ai participé à un séminaire en ligne FLIR où on m’a expliqué clairement quelle était la meilleure façon d’utiliser la caméra. J’ai pris ma décision finale sur la base qu’elle était facile à utiliser et que je pouvais obtenir une remise spéciale pour l’enseignement. »

Photo d’une fleur mâle de palmier sagou. Gros plan à gauche et image complète à droite

Réaliser des observations en milieu montagnier en portant la caméra où les plantes poussent naturellement

Quand on observe des plantes, la facilité d’utilisation du matériel est un facteur important. « J’effectue actuellement des observations dans l’institut et ses environs, mais je souhaite transporter l’équipement dans des endroits où les plantes poussent naturellement, comme au milieu des montagnes. La facilité de transport de la caméra thermique Teledyne FLIR m’a séduit », a expliqué le Dr Sato. Dans ses recherches, le Dr Sato utilise à la fois un enregistreur de données pour recueillir des données sur l’évolution dans le temps et une caméra thermique pour recueillir des images percutantes et faciles à comprendre.

« Quand j’utilisais seulement l’enregistreur de données, j’avais parfois des doutes sur les mesures prises, mais avec la caméra thermique, je peux confirmer les mesures tout de suite, ce qui est très utile », explique-t-il.

Prendre une photo à l’extérieur

Identifier les gènes exothermiques et résumer les résultats dans une thèse

« Les plantes exothermiques génèrent de la chaleur au lieu d’ATP (triphosphate d'adénosine) comme énergie quand les mitochondries respirent. Cela signifie qu’elles ont un mécanisme de génération de chaleur inscrit dans le schéma de leurs gènes, qui se transmet sans interruption de génération en génération. Le Kazusa DNA Research Institute est un institut de renommée mondiale spécialisé dans les génomes végétaux et humains. Je vais poursuivre mes recherches afin de révéler le mécanisme de génération de chaleur dans les plantes au niveau génétique », a déclaré le Dr Sato. Une fois que les chercheurs comprendront mieux le mécanisme de génération de chaleur, ils seront en mesure de le reproduire et, à terme, de permettre à des plantes non exothermiques de générer de la chaleur. Cela pourrait conduire à des plantes qui résistent mieux au froid, par exemple, pour faire pousser du riz dans des régions froides ou produire des mangues hors des zones tropicales. Il est raisonnable de s’attendre à ce que ces plantes contribuent à résoudre les problèmes alimentaires et soient utiles dans les applications agricoles.

« Quels gènes sont utilisés lorsqu’elles génèrent de la chaleur ? Je prépare maintenant une thèse en utilisant les images que j’ai prises avec la caméra thermique au moment d’identifier des gènes exothermiques », a déclaré le Dr Sato. Il a ajouté : « J’attends de grands avantages des applications d’une caméra thermique dans mes recherches. Il existe d’énormes possibilités de découverte de plantes exothermiques non encore connues dans le but d’élucider le sujet et obtenir de nouvelles connaissances ».

Caméra thermique professionnelle - FLIR T530

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