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Développement et qualité de la graine

SEEDEV 13 membres

Les graines jouent un rôle fondamental dans la vie, l’évolution et l’amélioration des plantes. Elles constituent également une part importante de notre alimentation et une matière première renouvelable pour différentes industries.
GÉNOMES ADAPTATION ET MÉTABOLISME SIGNALISATION ET DÉVELOPPEMENT BIOTECH SMART CROPS AGRO-ÉCOLOGIE Épigénétique Reproduction Stress Semences Régénération Métabolisme Spécialisé
Leur développement implique une régulation précise de la croissance de différents tissus et de voies métaboliques permettant l’accumulation de composés de réserves (e.g. huile, ou protéines) et de métabolites spécialisés (e.g. composés phénoliques). Nous travaillons notamment sur deux réseaux  génétiques (LAFL and TT) impliqués dans ces régulations, en utilisant des approches moléculaires, génétiques, cytologiques, biochimiques et multi-omiques avec Arabidopsis et des espèces cultivées.

Question biologique
Le développement de la graine requiert une coordination de la croissance de différents tissus (l’embryon, l’albumen et les téguments) et de différentes voies des métabolismes primaire et spécialisés (e.g. phénylpropanoïdes).
Développement et métabolisme de la graine
Les voies métaboliques des principaux composés de réserve (huile, sucres, et protéines) sont plutôt bien caractérisées. Néanmoins, les régulations développementales et environnementales ainsi que l’allocation du carbone et de l’azote entre les différentes réserves restent à élucider. Nos objectifs scientifiques sont de 1) caractériser le panorama métabolique des graines de différentes espèces végétales, 2) d’identifier les gènes qui contrôlent le développement ainsi que les métabolismes primaires ou spécialisés (par exemple les acides gras et les phénylpropanoïdes) et 3) d’élucider les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués, afin de les intégrer dans des modèles de régulation du métabolisme et du développement des graines.


Modèles, outils et méthodes
Nos projets actuels se concentrent principalement sur deux réseaux de régulation appelés «LAFL» et les «TT», leurs cibles et leurs régulateurs (développementaux ou métaboliques.) Les protéines LAFL (LEC1-ABI3-FUS3-LEC2), avec certains de leurs gènes cibles (par exemple WRI1 et différents MYBs) contrôlent le développement zygotique et la maturation de l’embryon en relation avec l’accumulation des principaux composés de réserve (huile et protéines) ainsi que l’embryogenèse somatique.
Réseau de régulation LAFL


Les gènes régulateurs TRANSPARENT TESTA (TT) qui codent pour les complexes protéiques MYB-bHLH-WDR (MBW) et des protéines de type MADS, doigts-de-Zinc ou WRKY, contrôlent la différenciation des tissus maternels et/ou la biosynthèse de flavonoïdes.
Contrôle de la biosynthèse des flavonoides
Bien que des progrès considérables aient été réalisés au cours des dernières années avec les espèces cultivées, Arabidopsis thaliana reste une espèce de référence pour étudier la biologie de la graine par des approches de génétique moléculaire et pour élaborer un schéma complet du développement et de la maturation de la graine. De plus, les réseaux de régulation LAFL et TT sont étonnamment bien conservés parmi les angiospermes, facilitant ainsi le transfert des connaissances aux espèces cultivées. Par conséquent, la plupart de nos travaux sont effectués avec Arabidopsis et nous avons développé plusieurs collaborations sur des espèces cultivées telles que le maïs, le blé, le tournesol, le colza, la vigne, la pomme et la fraise. De plus, nous travaillons également avec Camelina sativa, une Brassicacée rustique, proche du colza et d’Arabidopsis et relativement facile à transformer. Nous utilisons différents outils qui vont de la génétique, la biologie moléculaire, la cytologie, et la biochimie à des approches multi-omiques (génomique, transcriptomique, métabolomique et bioinformatique).


Enjeux économiques et sociétaux
Les graines jouent un rôle essentiel dans le cycle de vie des plantes et pour l’humanité. Elles permettent à la plupart des plantes supérieures de faire face à des conditions environnementales défavorables en interrompant leur cycle de vie et en reprenant leur croissance lorsqu’elles sont placées en conditions favorables. Par conséquent, elles jouent un rôle clé dans la dispersion et l’évolution des plantes supérieures sur Terre. De plus, les graines sont, directement ou indirectement la principale source de l’alimentation animale et humaine. Elles constituent le principal vecteur d’amélioration des pratiques agronomiques et de gestion des ressources génétiques, deux facteurs clés pour le développement d’une agriculture durable et la préservation de la biodiversité. Enfin, les graines fournissent des composés de réserve qui constituent une alternative durable au carbone fossile pour l’industrie chimique et peuvent accumuler différents métabolites «spécialisé » à haute valeur ajoutée, avec des applications en expansion pour l’agriculture, l’environnement, la chimie ou la nutrition et la santé animales et humaines.

D'un point de vue évolutif, physiologique, agronomique, nutritionnel ou industriel, la "qualité" des graines et leurs utilisations potentielles sont déterminées par la nature et la quantité des différentes macromolécules stockées dans ses différents tissus, à savoir les tissus maternels (téguments, nucelle et chalaze), l'albumen et l'embryon. Afin de pouvoir produire et utiliser les graines de façon plus durable, il serait utile de mieux comprendre et adapter la composition des graines pour répondre aux besoins agronomiques, nutritionnels ou industriels. Comprendre les mécanismes génétiques et moléculaires qui contrôlent le développement et la maturation des graines doit permettre de fournir de nouveaux outils moléculaires pour améliorer la qualité des graines. Enfin, une vue plus quantitative de ces processus aidera à développer une biologie plus prédictive et donc, une ingénierie efficace de la qualité des graines.
 
Développement et qualité de la graine

Responsable :

Loïc Lepiniec

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