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Maternal temperature history controls progeny vigour

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Découvrir comment la température influe sur la production de semences

La chaleur de l’environnement peut avoir des implications dramatiques sur la façon dont les graines germent et avoir en outre un impact sur leur développement après la germination. Un projet a cherché à identifier les mécanismes sous-jacents utilisés par les plantes pour traiter les informations sur la température.

Santé

La température joue un rôle clé dans la formation de l’environnement local des plantes, et les informations sur la chaleur peuvent être captées par la plante mère ou par les graines elles-mêmes. On pense que la température a une grande influence sur plusieurs caractères agronomiques, y compris la dormance des graines – une caractéristique qui fait que les graines ne germent pas même si les conditions environnantes sont bonnes. La température peut donc en fin de compte façonner le développement d’une graine. On ignore encore par quel processus exact les plantes intègrent les informations sur la température. Le projet MATHCOV, financé par l’UE, a mis en évidence ce processus. «Les principaux objectifs de ce projet consistaient à découvrir comment l’historique des températures influent sur la qualité des semences de légumes, et en particulier les performances de germination des plants. La graine en développement est un arrangement complexe de différents tissus et nous voulions savoir lesquels jouaient le rôle le plus important dans le processus», explique Steve Penfield, responsable du groupe Penfield au sein du John Innes Center.

Cibler l’endosperme

Les recherches précédentes du groupe avaient montré que l’endosperme était une zone critique pour la perception des signaux de température. Il s’agit d’un tissu entourant l’embryon produit par double fécondation dans la plupart des plantes à fleurs, y compris les brassica, ou plants de chou, des cultures précieuses pour la nutrition humaine. «L’endosperme joue de nombreux rôles, notamment celui de déterminer la taille des graines et de nourrir l’embryon, mais il communique également avec les autres tissus des graines via le transport des hormones», explique Steve Penfield, coordinateur du projet MATHCOV. MATHCOV a étudié comment la température contrôle à la fois la germination et la vigueur des graines pendant leur production, et quelle est l’implication exacte de l’endosperme. L’équipe a utilisé la transcriptomique de séries temporelles, un processus qui permet d’étudier toutes les molécules d’ARN messager dans l’endosperme. Ce processus met en évidence les gènes actifs dans un tissu à chaque instant. «Nous avons effectué la transcriptomique des séries chronologiques pendant le développement des graines pour comprendre la réponse de l’endosperme aux changements de température qui affectent la vigueur des graines après la germination», remarque Steve Penfield. Ces informations ont ensuite été traduites en un «réseau de gènes», une représentation mathématique de tous les gènes actifs, qui peut être analysée pour révéler des similitudes et des différences dans le schéma d’activité au fil du temps. «De cette façon, nous pouvons identifier les gènes précoces et tardifs sensibles à la température, et les gènes dits “hub” ou concentrateurs qui sont des régulateurs de base de la germination des graines dans notre recherche», ajoute Steve Penfield. Enfin, les chercheurs se sont penchés sur les changements dans l’expression des gènes, le processus par lequel les informations d’un gène sont utilisées pour créer des protéines. «L’étude de ce soi-disant profil épigénétique peut fournir des informations sur la façon dont les changements liés à la température dans l’expression des gènes se produisent et comment ils peuvent continuer à affecter les performances des graines après la germination – longtemps après la disparition du signal de température d’origine», explique Steve Penfield.

Résultats de germination

L’équipe a découvert des gènes clés impliqués dans les différences induites par la température. «Ces gènes sont impliqués dans le métabolisme de l’acide abscissique, qui joue un rôle important dans le contrôle de la germination des graines», explique Steve Penfield. Les ensembles de données complexes produits au cours du projet bénéficieront aux scientifiques et aux entreprises semencières en montrant comment améliorer les performances et la fiabilité des semences. «Cela devient de plus en plus important à mesure que la production de semences est automatisée. Dans la production d’ensemencement pour les plantations de légumes de plein champ, par exemple, ou pour l’agriculture verticale en intérieur», conclut Steve Penfield.

Mots‑clés

MATHCOV, graine, germination, température, gènes, expression, vigueur, croissance

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