La dormance des graines est un héritage de leur mère

Les graines restent dans un état de dormance – un blocage temporaire de leur croissance – tant que les conditions environnementales ne sont pas idéales pour germer. Il y a 3 ans, Luis Lopez-Molina, professeur au Département de botanique et biologie végétale (Faculté des sciences) et son équipe ont montré que la profondeur de ce sommeil végétal était une caractéristique héritée de leur mère.

Dans un article paru le 26 mars dans la revue eLife, ils révèlent que la transmission de cette empreinte maternelle, au détriment de celle du père, est favorisée par des mécanismes épigénétiques, c’est-à-dire qui influencent l’expression des gènes sans en modifier la séquence. Dans la foulée, les biologistes dévoilent qu’un mécanisme similaire permet à la température qui a régné au cours du développement de la graine d’agir, elle aussi, sur le niveau de dormance – plus cette température est basse, plus le niveau de dormance sera élevé.

Mise en œuvre au cours de leur développement dans la plante mère, la dormance permet aux graines de germer durant la bonne saison; d’éviter que tous les rejetons d’une plante se développent au même endroit et entrent en compétition pour des ressources limitées; et favorise la dispersion des plantes. Les graines perdent leur dormance à des échéances variables selon les latitudes sous lesquelles elles sont produites. Les biologistes genevois ont voulu savoir pourquoi. C’est ainsi qu’ils ont découvert, en 2016, que les niveaux de dormance d’Arabidopsis thaliana (l’Arabette des Dames) sont transmis par un gène régulateur appelé allantoïnase (ALN) mais que c’est l’allèle maternel (c’est-à-dire la copie du gène hérité de la mère) qui est principalement exprimé au détriment de l’allèle paternel.

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

Dans l’étude actuelle, les chercheurs ont montré que ce dernier était réduit au silence par des modifications biochimiques appelées méthylations qui sont effectuées dans la région promotrice du gène afin de l’inactiver. Ces méthylations sont elles-mêmes le résultat d’un processus dans lequel sont impliqués différents complexes d’enzymes et de facteurs, ainsi que de petits fragments d’ARN dits interférents.

Les auteurs ont aussi découvert que dans le cas où les températures sont particulièrement basses lors du développement de la graine, les deux allèles du gène ALN sont fortement réprimés. Ceci est dû à un mécanisme épigénétique semblable mais dont les acteurs ne sont pas tous identiques à ceux qui opèrent pour réduire l’allèle paternel au silence. 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 à nouveau réactivé dans l’embryon. La mémoire du froid sera ainsi effacée, ce qui permet de remettre les compteurs à zéro pour la génération suivante.

L’étude des paramètres influençant la dormance des graines comporte des implications pour l’agriculture et l’écologie, notamment en cas de germination précoce dans un environnement soumis aux changements climatiques.  —