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Les graines enregistrent au sein de la plante mère les conditions environnementales pour mieux germer

C’est au moment de leur formation dans la plante mère, que les graines enregistrent les conditions de l’environnement. Elles utilisent ces informations pour connaître le moment favorable à la germination, expliquent des chercheurs de l’Université de Genève.

Les graines restent à l’état de dormance tant que les conditions environnementales ne sont pas idéales pour germer. La profondeur de ce stade est influencée par différents facteurs, dont des facteurs héréditaires comme l’avaient montré des chercheurs de l’Université de Genève (Unige). Ils révèlent aussi comment l’empreinte maternelle est transmise grâce à de petits fragments d’ARN qui inactivent certains gènes. Un mécanisme similaire permet de transmettre une autre empreinte, celle des températures présentes au cours du développement de la graine. Plus la température ” enregistrée ” est basse, plus le niveau de dormance de la graine sera élevé.

La dormance est préparée pendant le développement des graines dans la plante mère. Cette propriété permet aux graines de germer pendant la bonne saison, d’éviter que toute la descendance d’une plante se développe au même endroit et entre en compétition pour des ressources limitées. Le phénomène favorise la dispersion des plantes.

Les graines sortent de leur dormance à des échéances variables. «Des sous-espèces d’une même plante peuvent avoir différents niveaux de dormance selon les latitudes sous lesquelles elles sont produites, et nous voulions comprendre pourquoi», explique Luis Lopez-Molina, professeur au Département de botanique et biologie végétale de la Faculté des sciences de l’Unige.

Ce mécanisme permet à la graine d’optimiser le moment de sa germination. L’information est ensuite effacée dans l’embryon germé, pour que la génération suivante puisse stocker de nouvelles données sur son environnement.

Inhibition du gène mâle

Comme tous les organismes à reproduction sexuée, la graine reçoit deux versions de chaque gène, un allèle maternel et un allèle paternel, qui peuvent avoir des niveaux d’expressions différents. Les biologistes de l’Unige avaient montré en 2016 que les niveaux de dormance d’Arabidopsis thaliana (l’Arabette des Dames), organisme modèle utilisé en laboratoire, sont hérités de la mère. En effet, chez la graine, le niveau d’expression d’un gène régulateur de dormance appelé allantoinase (ALN) est le même que celui de l’allèle maternel. C’est donc l’allèle maternel d’ALN qui est principalement exprimé, au détriment de l’allèle paternel. Les chercheurs montrent dans l’étude actuelle que l’empreinte maternelle est transmise par un mécanisme épigénétique, qui influence l’expression de certains gènes sans en modifier la séquence. L’allèle paternel d’ALN est inhibé par des modifications biochimiques appelées méthylations.

Les conditions environnementales pendant la formation de la graine laissent aussi leur empreinte, car le niveau de dormance augmente avec une baisse des températures. Cette empreinte du froid permet à la graine de conserver des informations sur les températures passées pour les inclure dans le choix du moment optimal de germination.

Après la germination, le gène ALN est réactivé dans l’embryon. La mémoire du froid est effacée, ce qui permet de remettre les compteurs à zéro pour la génération suivante.

«Etudier comment les facteurs maternels et environnementaux provoquent l’éveil des graines dormantes est d’une importance cruciale pour l’agriculture, notamment pour prévenir une germination précoce dans un environnement soumis aux changements climatiques », conclut Mayumi Iwasaki. L’enjeu au niveau écologique est majeur, car l’augmentation des températures pourrait diminuer la dormance de la banque de semences et modifier la répartition des espèces végétales sous une latitude donnée. Ceci entraînerait de multiples conséquences, directe et indirectes, pour les espèces animales et végétales indigènes.

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