Conséquences des modifications de l'environnement sur les propriétés, la diversité et la fonction écophysiologique du mucilage séminal d’Arabidopsis – CEMMU

Evaluer l’impact du changement climatique sur les écosystèmes et leur biodiversité implique de déterminer les bases génétiques de la variation naturelle des caractères qui affectent la dynamique et structure des populations, ainsi que la façon dont ces caractères sont modifiés par les contraintes environnementales. Le mucilage des graines semble intervenir dans plusieurs fonctions écophysiologiques, comme la viabilité des graines. Chez Arabidopsis, ce mucilage forme autour de la graine deux couches polysaccharidiques distinctes, sans que l’on sache pourquoi et comment ces deux couches sont formées. Dans un précédent projet ANR, nous avons caractérisé la variabilité naturelle de la couche externe du mucilage. Nous avons démontré l’existence de variants atypiques pour la quantité de polysaccharides produits ainsi que pour leurs propriétés physicochimiques. La variabilité des propriétés de la couche externe du mucilage était en outre corrélée avec certaines contraintes environnementales. En effet, la production accrue des polysaccharides de la couche externe de mucilage a été reliée à des variants naturels provenant de régions où les hivers sont plus froid. Nos résultats préliminaires indiquent également une production moindre de polysaccharides de la couche interne pour des graines produites par des plantes mères cultivées à température élevée.
Dans le projet CEMMU, l’effet des modifications de température sur les caractéristiques du mucilage sera étudié. Les données obtenues pourraient contribuer à la prédiction de l’impact du changement climatique sur les populations naturelles d’Arabidopsis.
A ce jour, peu de données sont disponibles sur la constitution structurale des macromolécules de la couche interne du mucilage, étant donné que l’extraction de cette couche impliquant l’hydrolyse de ses polysaccharides constitutifs. Seule, la résonance magnétique nucléaire (RMN) permet une analyse in situ des propriétés du mucilage. La variabilité du mucilage interne de variants naturels différant par les caractéristiques de leur mucilage externe sera étudiée par RMN bas-champ. Nous établirons des liens entre la variabilité des deux couches du mucilage afin d’en comprendre la formation et le rôle.
Nous avons montré par RMN bas-champ, que le mucilage retient l’eau qui ainsi pénètre plus lentement à l’intérieur des graines. Ici, nous vérifierons l’hypothèse que cette rétention d’eau par le mucilage maintient l’hydratation de la graine et permettrait alors de prolonger le temps disponible pour les mécanismes de réparation, en conséquence de quoi, la viabilité serait améliorée. Pour cela, nous analyserons l’effet de cycles d’hydratation-déshydratation sur la réparation de l’ADN/des protéines et sur la viabilité à partir d’une série de mutants d’Arabidopsis affectés dans la production de mucilage.
En plus de nous fournir des informations précieuses sur les mécanismes fondamentaux de la sélection naturelle, les variants naturels atypiques constituent un matériel de choix pour l’identification de nouveaux gènes intervenant dans la production du mucilage. Nous allons tirer partie de trois mutants naturels pour identifier et caractériser des gènes qui contrôlent la viscosité de la couche externe ou la formation de la couche interne.
Les objectifs premiers de CEMMU sont (1) de décrire la variabilité naturelle de la couche interne du mucilage, (2) de déterminer directement l’effet des contraintes de la température sur la production de mucilage, (3) de préciser le rôle du mucilage dans la viabilité de la graine et comment cette dernière est affectée par les conditions environnementales et (4) d’effectuer une analyse fonctionnelle de trois loci influençant la diversité du mucilage.
Le projet CEMMU implique la collaboration de trois partenaires qui ont déjà su tirer parti de la complémentarité de leur expertise pour mener à bien des travaux de qualité sur le mucilage de la graine, ainsi que le prouvent leurs six co-publications.