Comment les graines entrent en dormance pour lutter contre des conditions difficiles

Les plantes sont des organismes très polyvalents qui ont développé des stratégies remarquables pour s’adapter à différents environnements. L’une de ces stratégies est la dormance des graines, une adaptation qui empêche temporairement les graines viables de germer même dans des conditions optimales, lorsque le développement ultérieur des plantules présente un risque élevé.

Dans les climats méditerranéens comme celui de Chypre, les étés peuvent être excessivement rigoureux, avec des températures très élevées et un terrain sec. Dans de telles régions, la germination pendant les mois d’été exposerait les semis à des conditions potentiellement mortelles. Une sous-espèce d'Aethionema arabicum spécifique à Chypre a développé une adaptation fascinante pour empêcher les graines de germer avant ou pendant les mois chauds et secs de l'été.

Zsuzsanna Mérai, chercheuse postdoctorale dans le groupe de Liam Dolan et anciennement dans le groupe d'Ortrun Mittelsten Scheid au GMI, décrit maintenant les bases moléculaires de cette adaptation dans leur étude publiée dans Biologie actuelle.

Que la lumière soit : les journées longues provoquent la dormance secondaire des graines

L'année dernière, une équipe de chercheurs dirigée par Zsuzsanna Mérai a décrit qu'une exposition directe à la lumière pouvait inhiber la germination des graines d'Aethionema arabicum. Dans leur nouvelle étude, l’équipe a étudié si l’exposition à la lumière pouvait entraîner une suppression à long terme de la germination, connue sous le nom de dormance secondaire.

Fait intéressant, l’équipe a découvert que la dormance secondaire dépend de la durée quotidienne de l’exposition à la lumière. “Ce mécanisme a beaucoup de sens : la durée du jour est une condition bien plus stable que la température ou l'humidité, qui peuvent varier considérablement d'un jour à l'autre”, explique Mérai. En effet, les journées s’allongent en été, ce qui conduit à exposer les graines à la lumière plus longtemps.

“Les graines d'Aethionema utilisent ces informations pour organiser leur germination au début du printemps, lorsque les conditions météorologiques sont idéales pour le développement des semis”, explique Mérai. “Quand les jours deviennent trop longs, cela signale aux graines que l'été arrive et qu'elles ne devraient plus germer.”

Les chercheurs ont découvert que l’exposition des graines à 16 heures de lumière par jour entraînait une suppression à long terme de la germination, même en l’absence de lumière. “Même si nous remettons les graines dans l'obscurité, elles ne germeront pas car elles se souviendront que les conditions n'étaient pas bonnes pour germer”, résume Mérai.

Le rôle central de RGL2 dans la dormance induite par la lumière

Même si la dormance secondaire était un phénomène connu, la manière dont ce processus est induit au niveau moléculaire n'était pas encore décrite. En examinant une bibliothèque de graines mutées où la dormance secondaire n'a pas pu être établie, les chercheurs ont identifié la protéine RGL2 comme le principal régulateur de l'établissement de la dormance secondaire.

“Les graines présentant des mutations du gène RGL2 sont toujours inhibées par la lumière, mais seulement à court terme. Sans RGL2, l'induction de dormance secondaire échoue”, explique Mérai. Pour mieux comprendre ce processus, les chercheurs ont étudié quelles voies sont régulées par RGL2.

“Nous avons identifié 3 300 gènes associés à la dormance secondaire, y compris des gènes favorables à la dormance régulés positivement et des régulateurs négatifs de la dormance qui sont régulés négativement”, ajoute Mérai.

Un acte d’équilibre hormonal

Des études antérieures avaient montré que la dormance résultait de l'interaction entre une hormone végétale favorisant la dormance appelée acide abscissique (ABA) et une hormone réprimant la dormance appelée gibbérelline (GA). Comme prévu, les chercheurs ont observé que RGL2 réprimait la production de GA et augmentait la biosynthèse d’ABA dans les graines exposées à la lumière.

Cependant, le groupe a fait une découverte frappante : une seule des hormones était essentielle pour induire une dormance secondaire. “Nous avons constaté que la réduction artificielle des niveaux de GA induit la dormance des graines, contrairement à l'augmentation des niveaux d'ABA”, explique Mérai.

Du laboratoire au champ : exploiter l’adaptation à la chaleur pour la résilience des cultures

Ces résultats mettent en lumière la manière dont certaines plantes adaptent leurs schémas de germination pour éviter les conditions estivales rigoureuses, un processus contraire aux modèles canoniques dans lesquels la lumière induit la germination. “Certaines plantes semblent avoir modifié leur germination pour s'adapter à des climats spécifiques”, souligne Mérai.

Fait intéressant, l’équipe a montré que la chaleur et la sécheresse estivales sont des facteurs clés pour faire sortir les graines de leur état de dormance. “Simuler l'été en déshydratant les graines à des températures supérieures à 40 degrés atténue la dormance afin que les graines puissent germer lorsque les conditions peuvent être à nouveau favorables”, explique Mérai.

Les chercheurs ont l'intention d'étudier si d'autres plantes utilisent des systèmes similaires pour s'adapter aux climats rigoureux. Si tel est le cas, leur découverte pourrait avoir des implications importantes pour l’ensemencement des cultures et ouvrir la voie à l’adaptation de la germination chez d’autres espèces, explique Mérai. “Nos découvertes pourraient être appliquées à la création de nouvelles cultures mieux adaptées aux climats plus chauds et aux températures en hausse constante”, ajoute-t-il.