La germination est une étape cruciale dans la vie d’une plante, car elle va quitter le stade de graine résistante aux diverses contraintes environnementales (conditions climatiques, absence d’éléments nutritifs, etc.) pour devenir une plantule beaucoup plus vulnérable. La survie de la jeune plante dépend du moment de cette transition. Il est donc indispensable que cette étape soit finement maîtrisée.
Une équipe suisse, dirigée par des scientifiques de l’Université de Genève (UNIGE), a découvert un thermomètre interne des graines qui peut retarder voire bloquer la germination si les températures sont trop élevées pour le futur semis. Ces travaux pourraient permettre d’optimiser la croissance des plantes dans le contexte du réchauffement climatique. Ces résultats sont à lire dans la revue Communication Nature.
Les graines nouvellement formées sont dormantes; ils sont incapables de germer. Après quelques jours (voire des mois, selon les espèces), les graines s’éveillent et acquièrent la capacité de germer pendant la saison favorable à la croissance des semis et à la production de nouvelles graines. Cependant, les graines non dormantes peuvent toujours décider de leur sort. Par exemple, une graine non dormante subitement soumise à des températures excessivement élevées (supérieures à 28°C) peut bloquer la germination. Ce mécanisme de répression par la température (thermo-inhibition) permet une régulation très fine. Une variation de seulement 1 à 2°C peut en effet retarder la germination d’une population de graines et ainsi augmenter les chances de survie des futurs semis.
Une protéine clé : le Phytochrome B
Le groupe de Luis Lopez-Molina, professeur au Département des sciences végétales de la Faculté des sciences de l’UNIGE, s’intéresse au contrôle de la germination chez Arabidopsis thaliana, une espèce végétale appartenant à la famille des Brassicaceae et utilisée comme modèle dans de nombreux projets de recherche. Pour comprendre les mécanismes de détection qui permettent aux graines de déclencher la thermo-inhibition, les scientifiques ont exploré la piste de phénomènes déjà décrits et assez similaires chez les jeunes plantes (c’est-à-dire à un stade de développement plus avancé).
En effet, les semis perçoivent également les changements de température, où une légère augmentation de la température favorise la croissance des tiges. Cette adaptation est similaire à celle observée lorsqu’une plante se retrouve dans l’ombre d’une autre : elle s’allonge pour échapper à l’ombre afin de s’exposer au soleil, plus favorable à la photosynthèse. Ces variations sont détectées par une protéine sensible à la lumière et à la température, le phytochrome B, qui agit normalement comme un frein à la croissance des plantes. Une augmentation de 1 à 2°C favorise l’inactivation du phytochrome B, ce qui le rend moins efficace pour empêcher la croissance.
Un thermomètre interne
Pour comprendre si le phytochrome B joue également un rôle dans la thermo-inhibition lors de la germination, les auteurs ont disséqué les graines pour séparer les deux tissus à l’intérieur de la graine : l’embryon (qui donnera la jeune plante) et l’endosperme (tissu nourricier qui contrôle également la germination). dans la graine d’Arabidopsis). Contrairement aux embryons cultivés au contact de l’endosperme, les chercheurs ont constaté que les embryons privés de leur endosperme sont incapables d’arrêter leur croissance sous des températures trop élevées, ce qui entraîne leur mort.
« Nous avons constaté que la thermo-inhibition chez Arabidopsis n’est pas contrôlée de manière autonome par l’embryon mais mise en œuvre par l’endosperme, révélant une nouvelle fonction essentielle pour ce tissu », explique Urszula Piskurewicz, chercheuse au Département des sciences végétales de la Faculté des sciences et sciences de l’UNIGE. premier auteur de l’étude. « En d’autres termes, en l’absence d’endosperme, l’embryon à l’intérieur de la graine ne percevrait pas que les températures sont trop élevées et commencerait sa germination, ce qui serait fatal. »
Optimiser la germination des cultures
L’inhibition thermique de la germination est un nouvel exemple de l’influence des variations climatiques sur certains phénomènes cycliques de la vie végétale (germination, floraison…). « Ce trait devrait avoir un impact sur la distribution des espèces et l’agriculture végétale et cet impact sera plus important à mesure que les températures augmentent dans le monde », rapporte Luis Lopez-Molina, le dernier auteur de l’étude.
Une meilleure compréhension de la façon dont la lumière et la température déclenchent ou retardent la germination des graines pourrait en effet aider à optimiser la croissance des plantes exposées à un large éventail de conditions climatiques.
Plus d’information:
« L’endosperme d’Arabidopsis est un tissu sensible à la température qui met en œuvre la thermoinhibition des graines par phyB », Communication Nature (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-36903-4