Les secrets de la germination du riz dévoilés par intégration multi-omiques

La qualité physiologique des semences est un caractère agronomique majeur puisqu'il est à la base des productions végétales, de la préservation de la biodiversité et du respect de l’environnement. Les performances de germination et la vigueur des semences et des jeunes pousses sont des paramètres clés pour assurer la sécurité de la production et du rendement ^{1 & 2}. La germination peut être limitée par un état de dormance physiologique et/ou par des conditions environnementales inappropriées. Les semences de céréales (e.g. riz, blé, orge, maïs) sont des grains monocotylédones comprenant un petit embryon et un albumen amylacé volumineux. Le riz (Oryza sativa) est la première plante cultivée dont le génome séquencé a été accessible publiquement ³. Il s’agit de la principale céréale produite dans le monde pour l'alimentation humaine. Elle est consommée sur tous les continents et en particulier en Asie, en Afrique de l'Ouest et en Amérique du Sud. Le potentiel de germination des semences de riz est contrôlé par la régulation environnementale et génétique. Toutefois, les relations moléculaires entre l’albumen et l’embryon n’ont jamais été abordées lors de la germination.

La culture du riz est d’une importance majeure pour assurer la sécurité alimentaire mondiale. La germination des semences est une étape clé pour garantir les performances agricoles. Chez les céréales, ce processus physiologique s’initie par la prise d’eau du grain sec albuminé et s’achève par l’élongation de l’axe embryonnaire, permettant ainsi l’établissement de la jeune pousse. Les mécanismes cellulaires et moléculaires contrôlant la réussite de la germination sont coordonnés dans les tissues embryonnaires et dans l’albumen du grain de riz. Les analyses intégrées à haut débit de la dynamique du transcriptome, du protéome et du métabolome au cours de la cinétique de germination, de l'équipe "Physiologie de la Germination" PHYGERM en collaboration, ceci dans les deux compartiments principaux du grain de riz, illustrent la complémentarité métabolique des tissues. Au-delà de son apport en ressources nutritives pour stimuler la germination et la croissance, l’albumen joue également un rôle protecteur en synthétisant des protéines de défense.

Des approches modernes multi-omiques (i.e. transcriptomique protéomique, métabolomique) ont été mises en œuvre pour étudier séparément l’embryon et l’albumen du grain de riz en cours de germination et fournir une mine de données mettant en évidence les fonctions biologiques clés et les principaux mécanismes moléculaires/métaboliques liés à la transition du grain sec au grain germé. Les changements dynamiques observés dans l’albumen au cours de la germination suggèrent un rôle très important de ce compartiment pour protéger l’embryon et promouvoir son potentiel de croissance.

Ces données illustrent non seulement les processus importants pour la germination, mais aussi les éléments centraux des réponses moléculaires spécifiques de l’albumen et de l’embryon contribuant à la vigueur des semences. L’analyse fonctionnelle détaillée des voies métaboliques et des gènes pertinents ainsi que le développement de marqueurs moléculaires spécifiques à chaque tissu sont prometteurs pour l’amélioration et la caractérisation de la qualité des semences de riz et le déploiement de futur programme de sélection.

¹ Rajjou et al., 2012. Annual review of plant biology, 63(507)
Doi : http://dx.doi.org/10.1146/annurev-arplant-042811-105550
² Reed et al., 2022. Heredity, 1-10
Doi : https://doi.org/10.1038/s41437-022-00497-2
³ IRGS-Project, International Rice Genome Sequencing Project (2005). Nature 436(7052):793–800
Doi : https://doi.org/10.1038/nature03895