Propriétés et diversité du mucilage séminal des graines d’Arabidopsis thaliana : un exemple de science ouverte pour appréhender la biodiversité

Le changement climatique affecte les écosystèmes, ce qui aura inévitablement des répercussions sur la biodiversité. Les modèles prédictifs de ces effets exigent des données sur la façon dont les caractères adaptatifs des plantes sont affectés par les modifications environnementales. Le projet ANR CEMMU avait pour objectif d’exploiter cette variabilité pour étudier l’effet des changements de température sur une caractéristique adaptative des graines, la production de mucilage, hydrogel de polysaccharides qui se forme lors de l’imbibition dans l’eau des graines.
Diverses hypothèses ont été proposées pour expliquer l’avantage adaptatif de la production de mucilage, notamment dans le maintien de la viabilité des semences. Chez arabidopsis, le mucilage est formé de deux couches structurellement distinctes, une couche externe extractible par l’eau et une couche interne adhérente à la graine. Ces différences de structuration suggèrent que les deux couches remplissent des fonctions différentes dans la physiologie des graines.

Le projet ANR CEMMU (Conséquences des modifications de l’environnement sur les propriétés, la diversité et la fonction écophysiologique du mucilage séminal d’arabidopsis), coordonné par l’Institut Jean-Pierre Bourgin, en collaboration l’UR BIA de Nantes et l’UR OPAALE de Rennes, s’est clôturé avec plus de 187490 données dont la description a été publiée dans Scientific data édité par le célèbre journal Nature. Ces données, qui sont mises à disposition de la communauté scientifique (portail Data INRAE) ont été générées à partir de 20 variants naturels de la plante modèle Arabidopsis thaliana. Cette dernière fait partie d’une famille botanique dont certains membres produisent des graines qui, lorsqu’elles se trouvent en contact avec de l’eau, s’entourent de deux couches d’hydrogel, le mucilage.
Dans un premier projet ANR (2008-2012), nous avions découvert que la couche externe du mucilage présentait naturellement des variations de composition et de structure révélatrices d’un rôle adaptatif _1,2. Afin d'évaluer l'impact du changement climatique sur les propriétés et la diversité du mucilage, le projet CEMMU avait pour objectif d’étendre notre analyse aux caractéristiques de la couche interne du mucilage afin d’établir des relations écophysiologiques entre la production et la fonction de ces deux couches.
Au final, le projet a permis de générer une multitude de données sur les caractéristiques macromoléculaires et structurales du mucilage ainsi que sur les cinétiques d’hydratation des graines.
Trois bases de données descriptives de la quantité, la composition, la structure du mucilage interne ainsi que des cinétiques d’hydratation de 20 variants naturels d’arabidopsis provenant de divers lieux géographiques d’Europe et d’Asie centrale ont été générées. Ces variants ont été choisis sur la base de caractéristiques macromoléculaires du mucilage externe atypiques ¹. Les données, qui couvrent 33 traits mesurés sur 4 réplicats biologiques ont été décrites (voir la publication associée ³) et sont désormais mises à disposition de la communauté scientifique sur le portail Data INRAE. Elles proviennent d’analyses histologiques, biochimiques et de relaxométrie par RMN (Résonance Magnétique Nucléaire). De par leur partage et leur réutilisation, elles doivent permettre d’explorer différentes pistes d’explication du rôle adaptatif du mucilage des graines ⁴ et de l’impact de cette variabilité sur leur capacité à s’adapter à leur environnement naturel.
Une première exploitation des données mises à disposition (RMN & chimiométrie) a permis d’émettre de premières hypothèses sur l’impact de la variabilité naturelle du mucilage interne sur les vitesses d’hydration des tissus internes des graines ². Une analyse statistique des relations potentielles entre les différentes caractéristiques mesurées est en cours pour confirmer nos hypothèses.

Références :
¹ Fabrissin, I. et al. Plant Physiol 181, 1498–1518, https://doi.org/10.1104/pp.19.00763 (2019)
² Poulain, D. et al. AoB Plants 11, plz031, https://doi.org/10.1093/aobpla/plz031 (2019)
³ Cambert et al. Scientific Data 8 :79, https://doi.org/10.1038/s41597-021-00857-3 (2021)
⁴ Mas Garcia, S. et al. Talanta, 233 122525, https://doi.org/10.1016/j.talanta.2021.122525 (2021)

Mise à jour 16/06/22