Lorsque la graine devient plante, elle a 48 heures pour survivre
Publié par Isabelle le 22/08/2018 à 12:00
Source: Université de Genève (UNIGE)
Lorsqu'une graine germe, elle n'a que deux jours avant d'avoir épuisé ses réserves pour se transformer en plantule capable de photosynthèse. Des chercheurs romands en dévoilent le mécanisme.


Précurseur de chloroplaste (jaune) dans une cellule d'embryon de graine (Dans le cycle de vie des « plantes à graines », la graine est la structure qui contient et protège l'embryon végétal. Elle est souvent contenue dans un fruit qui permet sa...). La paroi (brun) sépare deux cellules, leurs vacuoles (gris clair) et leur cytoplasme (bleu). © Sylvain Loubéry, UNIGE.

Lors de la germination, l'embryon doit se transformer en jeune plantule capable de photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis,...) en moins de 48 heures (L'heure est une unité de mesure  :). Pendant ce temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), 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 de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) de Genève (UNIGE) et de l'Université de Neuchâtel (UniNE) 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.

L'étonnante propagation et diversification des plantes à fleurs en milieu terrestre sont principalement dues à l'apparition des graines au cours de l'évolution. L'embryon, dormant (Dormant), est encapsulé et protégé dans une structure très résistante, ce qui facilite sa dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde ne...). A ce stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.), il ne peut pas faire de photosynthèse et devra donc consommer les réserves nutritives emmagasinées dans la graine, au cours de la germination. Ce processus, quant à lui, induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en...) la transformation d'un embryon robuste en une jeune pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) fragile. "Il s'agit d'une étape critique dans la vie (La vie est le nom donné :) d'une plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne) des Eucaryotes....), qui est étroitement réglementée, notamment par l'hormone de croissance (L'hormone de croissance, somatropine ou somatotropine, est une hormone polypeptidique secrétée par la partie antérieure de l'hypophyse, qui stimule la croissance et la reproduction cellulaire chez les humains et les autres...) acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) gibbérellique (GA). La production de cette hormone (Une hormone est un messager chimique véhiculé par le système circulatoire qui agit à distance de son site de production par fixation sur des récepteurs spécifiques.) est réprimée lorsque les conditions extérieures sont défavorables", explique Luis Lopez-Molina, professeur au Département de botanique (La botanique est la science consacrée à l'étude des végétaux (du grec βοτάνιϰή; féminin...) et biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et...) végétale de la Faculté des sciences de l'UNIGE.

Des protéines d'importation soumises au broyeur cellulaire

Le réveil de l'embryon provoque la différenciation de ses proplastes en chloroplastes, de véritables usines capables de produire du sucre (Ce que l'on nomme habituellement le sucre est, dès 1406, une "substance de saveur douce extraite de la canne à sucre" (Chrétien de Troyes, Le Chevalier au lion). Il est majoritairement...) grâce à la photosynthèse. "Des milliers de protéines différentes doivent être importées dans les chloroplastes en formation, et ce processus ne peut se dérouler qu'en présence d'une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En...) appelée TOC159. Si celle-ci fait défaut, la plante sera dépourvue de chloroplastes et demeurera albinos", explique Felix Kessler, directeur du Laboratoire de physiologie (La physiologie (du grec φύσις, phusis, la nature, et λόγος, logos, l'étude, la science) étudie le rôle, le fonctionnement et...) végétale et vice-recteur de l'UniNE.

Quel est le dialogue (Le dialogue est une communication entre deux ou plusieurs personnes ou groupes de personnes. Il doit y avoir au minimum un émetteur et un récepteur. Une donnée émise, c'est le message. Un code, c'est la...) qui s'établit au cœur de la graine pour qu'elle demeure dans un état protégé ou, au contraire, se décide à germer ? "Nous avons découvert que, tant que l'hormone GA est réprimée, un mécanisme se met en place pour que les protéines TOC159 soient acheminées vers la voirie (La voirie désigne à la fois :) cellulaire afin d'y être dégradées", détaille Venkatasalam Shanmugabalaji, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) au sein du groupe neuchâtelois et premier auteur de l'étude. Par ailleurs, d'autres protéines nécessaires à la photosynthèse, et dont TOC159 facilite l'importation, subissent le même sort.

Un biomécanisme ultraperformant

Lorsque les conditions extérieures deviennent favorables à une germination, la concentration d'hormone GA augmente dans la graine. Les biologistes ont démontré qu'elle bloque indirectement la dégradation des protéines TOC159. Celles-ci peuvent donc s'insérer dans la membrane des proplastes et permettre l'importation des cargaisons de protéines photosynthétiques qui échappent, elles aussi, à la voirie cellulaire.

La genèse des premiers chloroplastes fonctionnels, mise en place en moins de 48 heures, assure dès lors un passage rapide d'une croissance dépendante des réserves de l'embryon à un développement autonome. Ce mécanisme ultraperformant contribue à la survie de la jeune pousse dans un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le...) inhospitalier, dans lequel elle va devoir affronter de nombreux défis.

Contact chercheurs:
- Luis Lopez-Molina
Professeur au Département de botanique et biologie végétale - Faculté des sciences, UNIGE

- Felix Kessler
Professeur, Laboratoire de physiologie végétale - Vice-Recteur, UniNE
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