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La germination est une étape cruciale dans la vie d’une plante. C’est là qu’elle quitte le stade de graine résistante à différentes contraintes environnementales (conditions climatiques, absence d’éléments nutritifs, etc.) pour devenir une plantule beaucoup plus vulnérable. La survie de la jeune plante dépend notamment du moment opportun de cette transition. Il est donc essentiel que cette étape soit contrôlée finement.

Une équipe suisse, dirigée par des scientifiques du groupe du Prof. Luis Lopez-Molina de l’Université de Genève, a découvert le thermomètre interne des graines capable de retarder voire bloquer la germination en cas de températures trop élevées pour la future plantule. Ces travaux pourraient permettre d’optimiser la croissance des plantes dans un contexte de réchauffement climatique global. Ils sont à lire dans la revue Nature Communications.

L’endosperme, tissu entourant l’embryon de la plante dans la graine, a longtemps été perçu comme un tissu nourricier délaissé une fois achevée la transition vers la jeune plante, dite plantule.

Une équipe suisse, dirigée par des scientifiques du groupe du Prof. Luis Lopez-Molina de l’Université de Genève, montre aujourd’hui que l’endosperme joue également un rôle primordial pour le bon développement de la plantule après la germination. Il agit notamment sur la formation de la cuticule, cette couche protectrice essentielle pour la survie des végétaux. Les biologistes observent que ces nouvelles fonctions attribuées à l’endosperme sont indépendantes de sa capacité à fournir les nutriments et sont médiées par la production de molécules spécifiques. Ces travaux sont à lire dans la revue Developmental Cell.

Les plantes s’adaptent à leurs besoins nutritionnels en modifiant la perméabilité de leurs racines, via la production ou la dégradation d’une couche semblable au liège, la subérine.

En s’intéressant à la régulation de cette couche protectrice chez l’Arabette des Dames (Arabidopsis thaliana), une équipe internationale, dirigée par des scientifiques du groupe de la Pre Marie Barberon de l’Université de Genève, a découvert quatre facteurs moléculaires responsables de l’activation génétique de la subérine. Leur identification a permis de produire des plantes aux racines continuellement recouvertes, ou au contraire totalement dépourvues, de subérine. Celles-ci constituent des outils d’intérêt majeur pour la sélection de plantes plus résistantes aux stress environnementaux. Ces travaux sont à lire dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

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. La profondeur de ce sommeil, qui est influencée par différents facteurs, est héritée de leur mère, comme l’avaient montré des chercheurs du groupe du Prof. Luis Lopez-Molina de l’Université de Genève.

Ils révèlent aujourd’hui dans la revue eLife comment cette empreinte maternelle est transmise grâce à de petits fragments d’ARN dits «interférents», qui inactivent certains gènes. Les biologistes dévoilent également qu’un mécanisme similaire permet de transmettre une autre empreinte, celle des températures présentes au cours du développement de la graine. Plus cette température était basse, plus le niveau de dormance de la graine sera élevé. 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.

L’induction de la floraison a une importance majeure d’un point de vue écologique et agronomique. Une floraison synchronisée et se produisant à point nommé est essentielle pour optimiser la pollinisation et permettre la production et la maturation des semences dans des conditions environnementales favorables. Ce sont des facteurs environnementaux, en particulier la lumière, qui déclenchent ce processus dont les mécanismes ont fait l’objet de nombreuses études. Ces expériences ont toutefois été généralement effectuées en chambre de croissance, en l’absence d’UV-B, un type de rayons qui fait partie intégrante de la lumière du soleil et qui est notamment responsable des coups de soleil.

Des chercheurs du groupe du Prof. Roman Ulm, de l’Université de Genève, ont découvert que les UV-B peuvent être de puissants déclencheurs de floraison, mais qu’une protéine appelée RUP2 bloque leur action pour éviter une floraison précoce. Ces travaux sont publiés dans la revue Genes & Development.

Les graines sont capables de bloquer leur germination tant que les conditions environnementales sont défavorables. Mais qu’en est-il lorsqu’elles sont confrontées à des organismes dangereux présents dans le sol alentour?

Des chercheurs du groupe du Prof. Luis Lopez-Molina de l’Université de Genève ont étudié l’impact de Pseudomonas aeruginosa, une bactérie pouvant être pathogène aussi bien pour les plantes que les animaux, dont l’être humain. Ils ont identifié une toxine produite par cette bactérie, appelée AMB, qui provoque l’arrêt de la germination des graines, sans pour autant tuer la plante. Il est donc vraisemblable que, au cours de l’évolution, les graines soient parvenues à se servir de l’AMB, un signal émis par les bactéries, pour coordonner leurs stratégies d’infection à des fins de protection de leur propre espèce. Ces résultats ont été publiés dans la revue eLife.

Lors de la germination, l’embryon doit se transformer en jeune plantule capable de photosynthèse en moins de 48 heures. Pendant ce temps, il compte uniquement sur ses réserves internes, qui sont rapidement consommées. Il doit donc créer en un temps record des chloroplastes fonctionnels, des organites cellulaires qui lui permettront de produire des sucres pour assurer sa survie.

Des chercheurs des groupes du Prof. Luis Lopez-Molina de l’Université de Genève et du Prof. Felix Kessler de l’Université de Neuchâtel ont révélé dans la revue Current Biology les éléments-clés qui président à la formation de chloroplastes à partir de proplastes, jusqu’alors peu étudiés. Un tel mécanisme assure une transition rapide vers une croissance autonome, dès que la graine se décide à germer.