Académie d’agriculture de FranceAGRICULTURE – ALIMENTATION – ENVIRONNEMENT

Séance commune

Académie des sciences / Académie d’agriculture de France

mardi 25 mars 2008

GRAINES

Dominique JobDirecteur de recherche CNRS

CNRS – Bayer CropScience - Lyon

La graine constitue un organe de organe de dissémination et de résistancedissémination et de résistance

La graine – Etape du développement?La graine – Etape du développement?La graine – Etape du développement?La graine – Etape du développement?

Par son intermédiaire, les plantes sont capables de

compenser leur immobilitéimmobilité et de coloniser de nouveaux coloniser de nouveaux

territoiresterritoires, transportées par le vent, l’eau ou les animaux

La graine présente une résistance stupéfiante aux résistance stupéfiante aux conditions extrêmes conditions extrêmes (e.g.,

températures torrides ou très froides)

La longévité de certaines graines est remarquable et atteint dans certains cas

plusieurs centaines d'annéesplusieurs centaines d'années

Graine – DéfinitionGraine – DéfinitionGraine – DéfinitionGraine – Définition

La graine contient un embryon zygotique différencié (une plante miniature entourée d’une enveloppe protectrice, le tégument) et des réserves localisées dans les cotylédons ou un tissu spécialisé, l’albumen. Il existe deux classes de graines dans le clade des angiospermes.

Arabidopsis, pois

Dicotylédones

herbacées, orchidées, palmiers, graminées

Monocotylédones

tégument

cotylédon

albumen

aleurone

tégument

cotylédon

radicule

albumen

cotylédon

graines de lotus sacré1300 ans

d’aprèsHoldsworth M, Finch-Savage WD, Grappin P, Job D (2008) Trends in Plant Science 13: 7-13

Double fécondationembryon + réserves

Maturation de la graineaccumulation des réservesaptitude à la germinationaptitude à la dessiccation

Dessiccation de la grainedormance

quiescence métabolique

1) Caractéristiques uniques de développement et 1) Caractéristiques uniques de développement et de surviede survie1) Caractéristiques uniques de développement et 1) Caractéristiques uniques de développement et de surviede survie

Sénescence de la plante mère

ABA > GAABA > GA

GA > ABAGA > ABA

Germination

conditions favorables

conditions défavorables

GMS ND

Stockage à sec

GMS D

T, H20, N….

Stockage dans le sol

GMS ND: graine mature sèche non dormanteGMS D: graine mature sèche dormante

ABA: acide abscissiqueGA: acide gibbérellique

2-1) Caractéristiques uniques de stockage / 2-1) Caractéristiques uniques de stockage / GerminationGermination2-1) Caractéristiques uniques de stockage / 2-1) Caractéristiques uniques de stockage / GerminationGermination

Composés majeurs• protéines• amidon• lipides• phytate….

Website Gerhard Leubner Lab - University Freiburg, Germany

Jacopo Bartolomeo Beccari

Découverte du gluten: 1742

Thomas Burr Osborne

Classification des protéines de graines:

1924

Biotechnologies• augmenter• modifier• éliminer• fabriquer….

http://teosinte.wisc.edu/

Doebley J, Gaut B, Smith B (2006)

The molecular genetics of domestication

Cell 127: 1309-1321

Domestication du maïs

Molécules essentielles pour l’alimentation

Acides aminés essentiels

Méthionine, acides aminés branchés….

Ravanel S, Gakière B, Job D, Douce R (1998) The specific features of methionine biosynthesis and metabolism in plants.Proc Natl Acad Sci U S A. 95: 7805-7812

Vitamines

Biotine, thiamine, folate….Alban C, Job D, Douce R (2000)Biotin metabolism in plants.Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 51: 17-47

2-2) Caractéristiques uniques de biosynthèse2-2) Caractéristiques uniques de biosynthèse2-2) Caractéristiques uniques de biosynthèse2-2) Caractéristiques uniques de biosynthèse

Molécules utiles pour la santé

Surh YJ (2003) Cancer chemoprevention with dietary phytochemicals. Nature Reviews Cancer 3: 768-780

Taxol

Guenard D, Guerittevoegelein F, Potier P (1993)TAXOL and TAXOTERE - Discovery, Chemistry, and Structure-Activity Relationships. Accounts of Chemical Research 26 : 160-167

Yew

3) Importance économique3) Importance économique3) Importance économique3) Importance économique

En juillet 2007, la France est le premier producteur européen et le troisième exportateur mondial de semences et plants

Progression du commerce extérieur / 2006 : + 13% (317 M € = 20% de l’excédent commercial des produits agricoles)

Millions d’euros

Chiffres clés

La France occupe une position stratégique dans le monde

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GRAINESGRAINES

Les quatre exposésde la séance

25 mars 2008

Ecophysiologie de la croissance des graines

Nathalie Munier-JolainDirecteur de recherche INRAUMR Génétique et écophysiologie des légumineuses, INRA, Dijon

1) Une approche de biologie intégrative1) Une approche de biologie intégrative1) Une approche de biologie intégrative1) Une approche de biologie intégrative

Buts

Elaborer des modèles écophysiologiques prédictifs de la réponse des plantes aux contraintes fluctuantes de leur environnement physique: impact sur le rendement et la qualité

Utiliser ces modèles pour la conception d’idéotypes variétaux, c'est-à-dire prédire (modéliser in silico) le génotype idéal correspondant à un ensemble de contraintes environnementales donné

2) Une approche moléculaire de la maturation des 2) Une approche moléculaire de la maturation des grainesgraines2) Une approche moléculaire de la maturation des 2) Une approche moléculaire de la maturation des grainesgraines

Physiologie de la maturation des graines

Sébastien BaudChargé de recherche CNRSUMR INRA/INA PG, Biologie des semences, INRA, Versailles

Utiliser la plante de référence Arabidopsis thaliana pour l’élucidation des contrôles génétiques du développement et de la maturation de la graine, notamment de l’accumulation des lipides de réserve (triglycérides)

Caractériser les facteurs de transcription régulant ces mécanismes

Buts

3) Un approche moléculaire de la longévité et de la 3) Un approche moléculaire de la longévité et de la vigueurvigueur des grainesdes graines

3) Un approche moléculaire de la longévité et de la 3) Un approche moléculaire de la longévité et de la vigueurvigueur des grainesdes graines

Survie à l’état sec et germination des graines

Loïc RajjouMaître de conférences AgroParisTechUFR Physiologie végétale, UMR 204 INRA/AgroParisTech, Paris

Utiliser la plante de référence Arabidopsis thaliana pour l’élucidation des mécanismes contribuant à l’exceptionnelle longévité des graines

Comprendre les mécanismes moléculaires et les régulations hormonales régissant le redémarrage du métabolisme lors de la germination

Buts

4) Une approche génétique et génomique de la 4) Une approche génétique et génomique de la qualitéqualité4) Une approche génétique et génomique de la 4) Une approche génétique et génomique de la qualitéqualité

Amélioration des caractéristiques nutritionnelles des graines

Nathalie NesiChargée de recherche INRAUMR118 INRA - Agrocampus Rennes - Université de Rennes 1

Utilisation de la génétique et de la génomique pour l’amélioration de la qualité de l’huile des graines de colza

Valoriser les tourteaux par élimination de composés limitant leur digestibilité (e.g., tannins, fibres)

Buts