Les odeurs des plantes 👃Que sont-elles et à quoi servent-elles ?

Pourquoi une rose ne sent-elle pas comme la lavande 🌹🪻? Qu’est-ce qui compose ces odeurs très spécifiques ? Comment notre nez est-il capable de faire la différence entre différentes odeurs 👃 ? Comment les analyse-t-on en laboratoire 🔍?

Embarquez pour l’odyssée des odeurs végétales !

1. La Chimie de l'Invisible : de quoi est composée une odeur ? 🔎

Les odeurs sont des mélanges plus ou moins complexes de molécules émises par une source, une fleur par exemple, et qui s’échappent dans l’air. Ces molécules sont appelées composés organiques volatils (COV). Il est important que ces molécules soient volatiles, c'est-à-dire qu'elles vont s'évaporer à température ambiante. C’est ce qui leur permet d’être captées par les sens des autres espèces.

Une odeur n’est donc pas une entité unique, c’est un bouquet de nombreuses molécules qui, ensemble, créent un parfum bien spécifique, comme un orchestre : chaque instrument représente une molécule spécifique qui, lorsqu’elles sont ensemble, créent une symphonie appelée odeur.

Il existe différentes familles de molécules odorantes. Au LBVpam, l’accent est mis sur les terpènes (pour comprendre ce qu’est un terpène, voir notre article dédié).  

Ainsi, concernant l’odeur de rose et de lavande, elles sont si différentes car les molécules qui les composent sont, elles-mêmes, très différentes :

2. Perception humaine : molécule, nez et cerveau 👃

Votre nez est toujours en action, détectant les odeurs autour de vous. Quand vous respirez, de minuscules molécules odorantes sont aspirées dans votre nez et atteignent une zone spéciale, située en haut de la cavité nasale, entre vos yeux. Cette zone, appelée épithélium olfactif, contient environ 50 millions de cellules sensibles aux odeurs, ce sont les neurones olfactifs.

Illustration réalisée par Arnaud Fournel sous licence CC-BY-NC-SA, site du GDR03. Source : https://www.gdr-o3.cnrs.fr/faq/#Mini-serie_danimation.

Chacune de ces cellules possède de minuscules structures en forme de poils, les cils, qui réagissent aux molécules odorantes grâce aux récepteurs situés à leur surface. Lorsqu’une molécule rencontre un récepteur adapté, elle déclenche un signal qui voyage jusqu’à votre cerveau — d’abord vers le bulbe olfactif, puis vers les zones responsables de la reconnaissance des odeurs et de leur association avec vos souvenirs et émotions[1].

Pour comprendre l’odeur, le cerveau n’interprète pas chaque molécule spécifiquement, mais il interprète une combinaison de signaux, comme un accord de piano : chaque note/molécule est individuelle mais analysées ensembles, elles créent un accord/une odeur. 

Ainsi, l’ensemble des molécules émises par la rose vont venir activer en même temps des récepteurs bien différents de ceux activés par les molécules volatiles émis par la lavande. Notre nez va donc transmettre à notre cerveau un message unique pour chaque cocktail de molécules perçu.

3. Perception chez les plantes et les insectes 🌱🐝

Les COV sont libérés par tous les êtres vivants : les animaux, les plantes et même les bactéries et les champignons, et permettent de transmettre des informations entre les mêmes espèces et avec d’autres espèces, dans les airs et dans le sol.

Comment les plantes « sentent-elles » ?

Les plantes sont exposées à des COV en continu, que ce soit dans l’air ou dans le sol. Parfois ces composés ne comportent pas de message, et parfois si. On ne comprend pas encore très bien comment les plantes reçoivent et analysent ces messages, ni comment elles mettent en place une stratégie pour répondre à celui-ci. Mais ce mécanisme existe bien chez les végétaux. Les chercheurs travaillent actuellement sur le sujet afin de mieux comprendre ce fonctionnement.

Signaux volatils émis sous terre et en surface libérés par les plantes à la suite de : A, une attaque pathogène ; B, une attaque d'insectes ; C, des dommages mécaniques ; D, un stress tactile ; E, un stress thermique ; F, des polluants atmosphériques ; G, un stress hydrique ; H, un stress salin ou J, des micro-organismes du sol. Les stress biotiques (résultant d’un autre organisme vivant) et abiotiques (résultant d’un changement de l’environnement) rencontrés par les plantes les amènent à libérer des molécules volatiles spécifiques porteuses de messages précis. Ce message, lorsque perçu par une autre plante, lui permet de réagir assez vite pour faire face à la menace/au stress imminent. [La figure en couleur peut être consultée sur wileyonlinelibrary.com].[2]

Comment les insectes perçoivent-ils les odeurs ?

Les insectes, quant à eux, « sentent » les COV grâce à des récepteurs chimiques situés généralement (mais pas toujours) sur leurs antennes, dans de minuscules poils sensoriels appelés sensilles olfactives. C’est le « nez » des insectes. Le fonctionnement de leur système olfactif est donc très similaire au nôtre.  

4. Expertise et étude technique des odeurs en laboratoire : extraire et analyser 🔬

Au LBVpam on passe de l'extraction à l'identification pour cartographier les "profils olfactifs", c’est-à-dire la composition des odeurs.

L’extraction des odeurs peut être réalisée de différentes manières :

• Headspace dynamique : cette technique peut être utilisée en environnement réel ou en laboratoire. Elle permet de capturer les molécules émises dans l’air par les plantes.
• Solvants : cette technique nécessite des manipulations effectuées uniquement en laboratoire et permet de capturer les molécules stockées directement dans les cellules de la plante.

Une fois l’extraction réalisée, l’objectif est d’analyser les odeurs afin de connaître les molécules qui la composent. Pour cela plusieurs outils sont utilisés au LBVpam :

• La GC-MS (chromatographie en phase gazeuse) : cet outil est utilisé sur les molécules volatiles. Elles sont introduites dans la machine qui les trient selon différentes caractéristiques et les quantifient. On obtient comme résultat ce qu’on appelle un spectre, un graphique représentant toutes les molécules détectées dans l’odeur analysée ainsi que leur concentration.
• La LC-MS (chromatographie en phase liquide) donne le même résultat mais sur des molécules non volatiles.  

Spectre GC-MS : résultat d’une analyse GC-MS réalisée sur une odeur de rose. Les ordonnées représentent l’abondance relative, c’est-à-dire la quantité de la molécule présente dans l’odeur analysée. L’abscisse représente la durée : chaque molécule a des caractéristiques spécifiques et met donc plus ou moins de temps à arriver au point d’analyse, ce qui permet à la machine de déterminer son identité.

Ces techniques font partie de la science appelée métabolomique qui permet d’étudier les métabolites généraux (responsables directs du bon fonctionnement des organismes) et spécialisés (responsables de leur adaptation à l’environnement et de leur survie). Les molécules responsables de l’odeur sont des métabolites spécialisés.

Les données générées sont ensuite étudiées grâce à la bio-informatique et aux statistiques.

Toutes ces techniques permettent de comprendre comment la plante fabrique les molécules odorantes dans ces cellules, c’est-à-dire la biosynthèse, et sont une première étape quant à la compréhension du rôle que joue l’émission de ces molécules dans l’environnement.

Références 📖

[1] Sharma A, Kumar R, Aier I, Semwal R, Tyagi P, Varadwaj P. Sense of Smell: Structural, Functional, Mechanistic Advancements and Challenges in Human Olfactory Research. Curr Neuropharmacol. 2019;17(9):891-911. doi: 10.2174/1570159X17666181206095626. PMID: 30520376; PMCID: PMC7052838.

[2] Ninkovic V, Markovic D, Rensing M. Plant volatiles as cues and signals in plant communication. Plant Cell Environ. 2021 Apr;44(4):1030-1043. doi: 10.1111/pce.13910. Epub 2020 Oct 26. PMID: 33047347; PMCID: PMC8048923.