Rencontres du Végétal

Contexte

La qualité des graines, à la fois sanitaire et physiologique, constitue un déterminant majeur de l’établissement des plantules et du rendement des cultures (Finch-Savage & Bassel, 2016). Dans un contexte de changements climatiques et de pression accrue sur les systèmes agricoles, la graine est un pilier essentiel pour la sécurité alimentaire. Cependant, elle peut aussi constituer un vecteur majeur de dissémination d’agents pathogènes, notamment fongiques, ce qui conduit encore largement au recours à des procédés d’enrobage utilisant des produits phytopharmaceutiques de synthèse.

La dormance des graines, définie comme un état physiologique empêchant la germination malgré des conditions favorables (Bewley & Black, 1994), représente un trait adaptatif clé permettant aux graines de persister dans le sol sur de longues périodes. Cette persistance s’accompagne toutefois d’une exposition prolongée aux bioagresseurs telluriques et/ou transmis par les semences. En conditions naturelles, la durée de persistance des graines dépend de plusieurs traits intrinsèques, notamment leur longévité, leur profondeur de dormance et leurs capacités de défense (Long et al., 2015). Plusieurs études suggèrent un lien étroit entre ces traits, en particulier entre dormance et défense. La dormance pourrait ainsi être associée à un état de défense renforcé, impliquant la production de composés antimicrobiens localisés dans le tégument et/ou libérés dans les exsudats, capables de limiter le développement de pathogènes au voisinage immédiat de la graine (Hubert et al., 2024a).

Objectif

L’objectif de ce travail est de décrypter les mécanismes de défense associés à la dormance en caractérisant les acteurs moléculaires impliqués. L’hypothèse centrale repose sur l’existence d’un programme de défense spécifique aux graines dormantes, activé dès l’imbibition, et fondé sur une régulation coordonnée de gènes et de composés à fonction défensive. L’identification de ces déterminants pourrait permettre, à terme, de limiter les intrants phytosanitaires en proposant de nouvelles stratégies de protection des semences.

Démarche

Ce travail s’appuie sur l’étude des exsudats de graines de tomate, considérés comme une interface fonctionnelle entre la graine et son environnement biotique (Nelson, 2004). Un test de néphélométrie a été développé afin de quantifier l’activité antifongique des exsudats contre Alternaria brassicicola, utilisée comme proxy du niveau de défense des graines (Hubert et al., 2024b). Cette stratégie a été appliquée à une sous-population MAGIC ainsi qu’à différents états physiologiques : dormance, germination et stade plantule.
Des mesures d’activité antifongique réalisées sur les différentes parties disséquées de la graine ont permis de déterminer l’origine tissulaire de cette propriété. Des approches biochimiques, protéomiques et transcriptomiques, associées à des traitements pharmacologiques inhibant la transcription ou la traduction, ont ensuite été utilisées afin d’identifier les composés impliqués et d’explorer la dynamique d’activation des réponses de défense selon l’état de dormance.

Résultats

L’imbibition des graines dormantes conduit à la production d’exsudats présentant une activité antifongique significative contre A. brassicicola. Cette activité varie selon le génotype et l’état physiologique, et provient majoritairement de l’albumen. Les albumens de graines dormantes présentent une activité antifongique supérieure à celle des albumens de graines non dormantes, suggérant l’existence d’un compromis fonctionnel entre maintien des défenses et engagement dans la germination. La perte d’activité après traitement protéolytique indique une origine principalement protéique de cette activité.
L’analyse protéomique révèle un enrichissement en protéines de défense dans les exsudats de graines dormantes. À l’inverse, la levée de dormance s’accompagne d’une diminution de ces composantes défensives.
Les analyses transcriptomiques mettent en évidence une double stratégie : d’une part, l’accumulation de composés de défense préformés au cours de la maturation de la graine ; d’autre part, l’activation de novo d’un programme de défense lors de l’imbibition des graines dormantes. Les approches pharmacologiques confirment cette activation dynamique, l’inhibition de la transcription et de la traduction.

Perspectives

Ce travail met en évidence un lien étroit entre dormance et défense, suggérant que la dormance favorise la persistance des graines dans le sol en limitant leur vulnérabilité face aux bioagresseurs.

Références bibliographiques

-Bewley JD, Black M. (1994). Dormancy and the Control of Germination. In: Bewley JD, Black M, eds. Seeds: Physiology of Development and Germination. Boston, MA: Springer US, 199–271.
-Hubert B. et al. (2024a). Sleeping but not defenceless: seed dormancy and protection, Journal of Experimental Botany 75: 6110–6124.
-Hubert B. et al. (2024b). A method to determine antifungal activity in seed exudates by nephelometry. Plant Methods 20, 16.