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Dossier | Plantes

Germer, c’est savoir lâcher prise

Même si toutes les conditions semblent réunies pour lancer la germination, une graine, qui n’a pas le droit à une seconde chance, retarde souvent ce moment fatidique. Ce contrôle est dévolu à une couche mono-­cellulaire qui entoure l’embryon de la plante et qui capte les signaux venus de l’environnement

Ce sont les organismes qui vivent ce qui s’approche probablement le plus d’une «expérience de mort imminente». Cette proximité intime avec la grande faucheuse, qui survient à chacun de leurs cycles de vie, ne les empêche pourtant pas de connaître un franc succès évolutif puisqu’ils couvrent littéralement toutes les terres émergées. Eux ce sont les plantes qui produisent des graines (les angyospermes, ou plantes à fleurs, et les gymnospermes, dont font partie les conifères). Ces organismes ont développé l’une des solutions les plus radicales pour s’adapter à la vie hors de l’eau. La graine possède en effet la particularité de renfermer un embryon placé dans un état de quasi-mort biologique. Ce qui lui permet, paradoxalement, de survivre longtemps. Si elle reste au sec, la graine peut ainsi traverser les millénaires sans encombre et germer ensuite comme si de rien n’était. En témoigne l’expérience menée sur une graine de palmier dattier vieille de 2000 ans et trouvée sur le site israélien de la forteresse de Massada (revue Science du 13 juin 2008).

Sortir du bunker

«Cette forme de vie remarquable pose au moins deux questions fondamentales au biologiste, explique Luis Lopez Molina, professeur associé au Département de botanique et de biologie végétale. Comment les plantes fabriquent-elles ces vies en capsule et comment ces dernières parviennent-elles à se sortir de ce qui ressemble à un mini-bunker lyophilisé. Dans notre laboratoire, nous nous intéressons surtout au contrôle de la germination, c’est-à-dire à la façon dont cette sortie du bunker est orchestrée en fonction de l’environnement.»

Pour la plante, le passage d’un milieu protégé et stable à un environnement incertain voire hostile est hautement stratégique. L’embryon émergeant de la coquille fraîchement rompue est pour le moins vulnérable. En très peu de temps, un ou deux jours au maximum, il doit mettre en route toute sa machinerie moléculaire et cellulaire afin de fabriquer tous les éléments indispensables à son entrée dans la phase autotrophe de sa vie, dont le début est marqué par le démarrage de la photosynthèse. Durant ce court laps de temps, elle ne dépend que des réserves d’énergie contenues dans la graine. Le moment de sortir de sa coquille doit donc être choisi avec soin afin d’augmenter les probabilités de réussite. Car il n’y a pas de seconde chance.

«Au moment de sa naissance, une graine se trouve par défaut dans un état qualifié de dormant, précise Luis Lopez Molina. Une graine qui se trouve dans ce cas de figure ne germe pas, même si elle est imbibée d’eau et exposée à la lumière. Deux facteurs peuvent casser cette dormance: le temps et le passage par une période de froid (il peut s’agir de l’hiver ou d’un séjour au frigo). Dans les deux cas, la graine obtient un délai de plusieurs mois qui lui permet de ne pas donner naissance à une nouvelle pousse à un mauvais moment de l’année et qui augmente ses chances d’être transportée loin de la plante mère par un animal.»

Frein à main

Les choses deviennent délicates avec la fin de la dormance et le retour de la belle saison, quand la température se radoucit et la lumière s’intensifie. Même si son apparence demeure inchangée, l’activité à l’intérieur de la graine, elle, se modifie: des gènes s’expriment, des signaux biochimiques sont échangés entre les différentes parties de l’organisme encapsulé, etc. Tant que toutes les conditions favorables ne sont pas réunies, la graine tire le frein à main. «La raison de cette retenue peut être le fait qu’elle se trouve sous la canopée, par exemple, explique Luis Lopez Molina. Comme la graine est sensible à la qualité particulière de cette lumière, insuffisante pour le développement de l’embryon, elle bloque la germination. Et ce, durant des semaines s’il le faut.»

La substance responsable du maintien de la graine dans cet état est une hormone végétale, l’acide abscissique (ABA). Mais, comme l’a découvert le chercheur genevois, le contrôle de cette molécule et donc de la germination est en réalité assuré par un tissu particulier, l’endosperme. Ce dernier se présente comme une couche monocellulaire entourant tout l’embryon et située juste en dessous de l’enveloppe rigide de la graine, appelée testa. Elle est munie de photorécepteurs et de toutes les «antennes» nécessaires pour se faire une idée des conditions physico-chimiques régnant à l’extérieur: température, salinité, qualité de la lumière, etc.

Une cascade de réactions biochimiques, aujourd’hui relativement bien connues des scientifiques, assure la transmission de l’information entre les stimuli environnementaux, la production de l’ABA et le blocage de la germination. Les travaux de Luis Lopez Molina ont permis, entre autres, d’identifier un des maillons de cette chaîne, le facteur de transcription ABI5, et d’en déterminer le rôle essentiel dans l’inhibition du développement de l’embryon (Proceedings of the National Academy of Sciences du 10 avril 2001).

«Tout l’outillage génétique, moléculaire et cellulaire que nous étudions dans le cadre du contrôle de la germination concerne une plante bien précise et bien connue des laboratoires: Arabidopsis thaliana, ou arabette des dames, souligne Luis Lopez Molina. Il reste encore un très grand travail à effectuer afin de vérifier si nos résultats sont valables chez les autres plantes à graines.»

Le biologiste genevois a également remarqué que le démarrage de la germination est dû à un jeu subtil entre deux hormones aux effets opposés. D’un côté, l’ABA qui joue le rôle de frein, et de l’autre, l’hormone de croissance appelée l’acide gibbérellique, qui fait office d’accélérateur. Dès que la seconde commence à dominer la première, la gaine se met à germer.

«Ce moment finit forcément par intervenir, précise Luis Lopez Molina. En effet, une fois que la graine, sortie de sa dormance, est imbibée d’eau, elle ne peut plus revenir en arrière. L’ABA, en bloquant la germination, peut retarder le moment fatidique de quelques semaines, parfois de quelques mois. Mais la graine doit finir par se développer.»

Plus le choix

Contenir la germination est aussi un processus actif qui demande de l’énergie à la graine et ne peut donc pas s’éterniser. Luis Lopez Molina émet l’hypothèse que la graine a en réalité délégué le contrôle de la germination à l’endosperme et que ce dernier dispose de ses propres stocks de nourriture pour accomplir sa mission. De cette façon, les ressources énergétiques destinées aux premières phases du développement de l’embryon et qui forment l’essentiel de la masse de la graine, ne sont pas entamées. Une fois que les réserves de l’endosperme sont épuisées, alors la graine ne peut pas faire autre chose que germer, quelles ques soient les conditions.

Quand l’ABA perd de sa force et que l’acide gibbérellique prend le dessus, le programme de germination démarre enfin. Dès ce moment, ce sont d’autres gènes et d’autres protéines qui entrent en jeu. Les cellules sont gonflées d’eau, les vacuoles se remplissent, l’embryon pousse et provoque la rupture de la testa et de l’endosperme. Une radicule se développe et des poils absorbant apparaissent pour récolter de l’eau. L’appareillage – complexe – de la photosynthèse se met en place, provoquant un début de verdissement, le cotylédon s’ouvre et, en moins de deux jours, une pousse est née. La testa et le mince endosperme ne ressemblent déjà plus qu’à une petite coquille vide. La vie végétative a commencé.