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OBJECTIFS

MemoStress a pour objectif de quantifier les réponses adaptatives aux stress thermique et hydrique chez deux espèces cultivées (colza et tomate), et d’analyser la contribution de la méthylation de l'ADN à la mémoire intra- et transgénérationnelle des plantes soumises à un stress. Le projet visait en particulier à :

1. Identifier des protocoles de stress générant un effet mémoire du stress thermique ou hydrique sur la qualité de la graine et du fruit (colza et tomate)
2. Evaluer la contribution des marques épigénétiques dans les processus d’acclimatation transmissibles aux générations suivantes.

Des effets contrastés sur la composition des graines, des fruits et des plants de tomate

Chez la tomate, les premières analyses phénotypiques de l’effet mémoire intragénérationnel indiquent un impact du déficit hydrique (DH) sévère sur le développement (retard qui n’est pas rattrapé) et la croissance et composition des organes de la plante conduisant à une réduction de la masse fraiche de fruits par plante mais un faible effet sur la masse sèche totale des fruits. Les échanges gazeux sont réduits mais les différences s’estompent au cours du temps et à long terme, les plantes stressées présentent une photosynthèse plus efficiente que des plantes témoins. Les analyses biochimiques et moléculaires en cours permettront de mieux cibler les mécanismes impliqués et d’évaluer l’impact sur la qualité des fruits.

Globalement, le priming au cours du cycle de culture semble avoir certains effets positifs sur la capacité de la plante à faire face à un second DH et peut donc présenter des effets exploitables pour réduire les apports d’eau (en serre) ou faire face à des stress répétés (au champ). Par ailleurs, les premiers résultats sur l’analyse des mutants montrent des comportements contrastés en condition de déficit hydrique, certains s’étant montrés peu sensibles, ce qui pourrait, suite à une analyse plus approfondie, laisser envisager des applications en termes de sélection.

L’effet mémoire intergénérationnelle du DH présente quant à lui des variations faibles et assez spécifiques. Globalement l’origine des graines et le stress appliqué à la plante mère a des effets peu contrastés sur la plante, mais les premières analyses moléculaires montrent des effets assez marqués (en cours).

Au niveau morphologique, l’origine de la graine n’impacte pas significativement le nombre et la dimension des organes. Seul le taux de matière sèche des fruits produits en condition DH est significativement supérieur lorsque les graines sont issues de plantes mères stressées, suggérant un effet amplifié en seconde génération.

Les analyses de l’expression de gènes indiquent qu’en réponse au stress hydrique, les profils d’expression diffèrent sensiblement entre les plantes issues de plantes non stressées et celles issues de plantes parentales ayant subi un stress hydrique, en accord avec l’idée d’une mémoire intergénérationnelle du stress. A l’inverse, en condition de culture bien irriguée, les plantes ont des profils d’expression de gènes similaires, quelle que soit leur origine parentale.

 

Un effet "priming" chez le colza dépendant de l’intensité et de la période du stress et qui ne se répercute pas sur les plants de seconde génération

Les analyses du priming (période de stress modéré précédant une série de pics thermique) à l’échelle du cycle de culture ont indiqué un effet positif sur plusieurs critères de qualité grainière, telle que la teneur en azote des graines et un ratio de sucres solubles utilisé pour évaluer la tolérance à la dessication. Pour les autres critères, l’application de ce schéma a eu des effets négatifs qui tendent à montrer un effet cumulé négatif des jours de stress (pré stress modéré et pics thermique) et non un effet priming permettant une atténuation de l’effet négatif des pics par le pré stress. L’hypothèse sous-jacente est que l’effet priming est très dépendant du composé ciblé (acides gras, protéines, sucres solubles, hormones) et que l’intensité du pré stress ainsi que sa concomitance avec la synthèse du composé sont déterminantes pour générer l’effet priming attendu (Magno et al. 2021).

Les analyses réalisées sur les graines issues de la seconde génération de plantes stressées ont fait ressortir principalement un effet du stress appliqué sur le porte-graine et non du stress appliqué sur la génération précédente : l’effet fille est prépondérant sur l’effet mère. Globalement toutes les variables de qualité nutritionnelle et physiologique sont négativement impactées et plus le stress est long (en durée cumulée) et/ou intense, plus la qualité est dégradée. Les vitesses de germination sont également assujetties à l’historique des plantes filles et mères, ce qui attestent d’effets intergénérationnels (Magno et al. 2022).

Bien qu’il n’ait pas été possible d’identifier des schémas thermo-sensibilisants, nos résultats tendent à démontrer l’importance de l’origine des lots de semences produits au champ et l’intérêt à tracer les lots dans la perspective de les utiliser dans des environnements propices en fonction de leur origine de production.