Régulation transcriptionnelle de la biosynthèse de la subérine et son rôle dans la qualité des semences en réponse au stress thermique – LIPSTIQ

La qualité des semences, lesquelles sont utilisées pour des usages agroalimentaires et servent de vecteur de propagation chez les plantes cultivées comme chez les espèces sauvages, est conditionnée à la fois par leur contenu (quantité et composition des composés de réserve) et par leurs caractéristiques germinatives (profondeur de la dormance, vigueur germinative). Dans les graines de nombreuses espèces oléoprotéagineuses, telles les Brassicacées, le tégument influence ces deux composantes de la qualité en participant à la nutrition de l’embryon d’une part, et en constituant d’autre part une barrière protectrice qui sépare l’embryon de l’environnement extérieur. Certaines assises tégumentaires produisent un polyester lipidique, appelé subérine, qui est déposé à la surface des cellules et dont les propriétés biophysiques sont particulièrement adaptées aux différentes fonctions dévolues aux assises tégumentaires. Des données préliminaires suggèrent que la subérine pourrait jouer un rôle d’autant plus important dans la physiologie de la graine que celle-ci est soumise à des épisodes de fortes chaleurs durant son développement et/ou son stockage.

A l’heure actuelle, notre connaissance des voies de biosynthèse associées à la production de subérine est incomplète (on comprend mal par exemple comment les précurseurs de la subérine sont exportés à l’extérieur de la cellule et assemblés dans l’espace extracellulaire), et les spécificités de ce métabolisme dans la graine sont mal caractérisées. De la même façon, alors que la régulation transcriptionnelle de ce métabolisme joue un rôle important dans la graine et en réponse au stress thermique, les mécanismes moléculaires sous-jacents demeurent mal caractérisés dans la graine. Suite à la découverte de deux facteurs de transcription activant la biosynthèse de subérine dans la graine (MYB9 et MYB107), le projet LIPSTIQ a été conçu pour combler ce déficit de connaissances fondamentales. Le consortium LIPSTIQ réunit deux équipes de recherches (de l’Institut Jean-Pierre Bourgin et du Laboratoire de Biogenèse Membranaire) aux compétences complémentaires qui se proposent, en utilisant l’espèce modèle Arabidopsis thaliana :
(i) de décrire de façon exhaustive les voies de biosynthèse de la subérine dans la graine en identifiant les gènes cibles de MYB9 et MYB107 puis en caractérisant fonctionnellement de nouveaux acteurs enzymatiques pour lesquels codent certains de ces gènes,
(ii) d’identifier de nouveaux régulateurs transcriptionnels de la voie de biosynthèse de la subérine dans la graine et de modéliser le réseau de régulation transcriptionnelle associé,
(iii) d’étudier comment ces réseaux (métabolique et transcriptionnel) contribuent à la résilience des graines en réponse à un stress thermique.

Les connaissances nouvelles qui émergeront de ce projet autour des déterminismes génétiques et moléculaires de la production de subérine chez l’espèce modèle constitueront autant d’outils utiles pour ensuite guider l’amélioration des semences chez les oléaprotéagineuses de grande culture, ceci dans un contexte agroécologique en plein bouleversement. Concrètement, l’identification de marqueurs biochimiques (teneur ou composition en subérine) ou moléculaires (accumulation de transcrits) associés à la production de subérine et affectant le remplissage et la qualité des graines pourront guider la sélection de cultivars mieux adaptés, par exemple, aux fortes chaleurs estivales. Mais des retombées sont également envisageables dans le domaine de la protection des semences contre les pathogènes, ou bien à travers des initiatives émergentes visant à atténuer le changement climatique grâce aux plantes en stockant le carbone atmosphérique sous une forme non décomposable chez des ‘super-accumulateurs’ : la subérine est un polymère carboné présentant de telles caractéristiques.