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La production de graines de haute qualité germinative est fondamentale en agriculture. En effet, elle conditionne l’établissement du peuplement végétal et le rendement des cultures, ainsi que la préservation des ressources génétiques. Ces deux facteurs dépendent de leur longévité, c’est à dire la capacité des graines à rester vivantes et vigoureuses très longtemps pendant leur stockage avant semis. Or les mécanismes qui régulent l’acquisition de la longévité pendant le développement restent très peu connus, notamment chez les légumineuses à graines. En tant que source importante en protéines, ces espèces sont stratégiquement et économiquement importantes pour la sécurité alimentaire.

Une analyse de génétique quantitative de la longévité des graines chez la légumineuse modèle Medicago truncatula a identifié le gène ABI5 (ABA INSENSITIVE 5). Il s’agit d’un facteur de transcription impliqué dans la signalisation de l’acide abscissique (ABA), une hormone qui régule non seulement le développement des graines mais également la réponse aux stress environnementaux des tissus végétatifs. Ainsi, les graines des mutants abi5 de M. truncatula et de pois présentent une longévité et dormance très réduite. Déjà connu pour contrôler la germination et la croissance post-germinative, il s’avère que ABI5 joue un rôle inédit dans la maturation des graines, après la synthèse des réserves protéiques et lipidiques. En effet, ABI5 coordonne l'acquisition de la longévité des graines en induisant la synthèse de sucres oligosaccharides de la famille raffinose (RFO) et l'accumulation de protéines de stress de type LEA et HSP. Ces composés sont connus pour protéger la graine à l’état sec. De manière inattendue, l’extinction du gène ABI5 résulte dans la répression de tous les gènes d’origine nucléaire impliqués dans la photosynthèse, avec comme conséquence la rétention de molécules de chlorophylles et de caroténoïdes dans les graines matures.

Ces résultats montrent qu’ABI5 joue un rôle majeur dans la maturation de la graine, pendant qu’elle se prépare à survivre à l’état sec, ce qui lui permettra d’attendre les conditions favorables pour la germination. Ainsi, ABI5 est un facteur clé dans la dissémination de l’espèce. Vu que la présence de graines vertes dans un lot est un symptôme de mauvaise qualité germinative et nutritionnelle, cette étude offre une nouvelle vision de ces deux aspects de la qualité des graines. En effet, la recherche de solutions aux problèmes de graines vertes et anti-nutritionnelle des RFO chez les légumineuses ne peut pas être dissociée de la qualité germinative et la longévité.

Partenaires : ce travail fait l’objet de la couverture de la revue Plant Cell. Il a été réalisé dans le cadre de la thèse de Julia Zinsmeister au sein de l’équipe ConserTo  et est le fruit de collaborations avec les équipes QuaRVeG de l’UMR IRHS, de l’UMR Agroécologie de Dijon, de l’Institut des Sciences des Plantes Paris-Saclay et de l’Institute of Molecular Physiology et Biotechnologiques of Plants, Université de Bonn, Allemagne.  

Publication associée : Zinsmeister J, Terrasson E, Chatelain E, Vandecasteele C, Lalanne D, Ly Vu B, Dubois-Laurent C, Geoffriau E, le Signor C, Dalmais M, vom Dorp K, Dörmann P, Gallardo K, Bendahmane A, Buitink J, Leprince O (2016) ABI5 plays a major role in regulating seed maturation and longevity in legumes. Plant Cell 28: 2735-2754. doi:10.1105/tpc.16.00470