Découvrir les mystères de la dormance des semences de luzerne grâce à l'analyse de l'imagerie multispectrale
La luzerne (Medicago sativa), communément appelée le "roi de l'herbe", est une légumineuse cultivée dans de nombreuses régions du monde comme source de fourrage pour les animaux. Elle est appréciée dans l'industrie fourragère pour sa teneur élevée en protéines et son rendement en Biomasse. Récemment, la protéine de luzerne a trouvé des applications dans l'aquaculture, l'industrie des aliments pour animaux de compagnie et l'alimentation humaine. En outre, elle est considérée comme une culture bénéfique pour l'environnement, avec des effets positifs sur la biodiversité et la conservation de l'azote dans le sol.
Des scientifiques chinois ont utilisé l'imagerie multispectrale, l'apprentissage automatique et la technologie "omique" pour révéler les mécanismes à l'origine de la dormance des graines de luzerne.
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La luzerne produit deux types de graines - dures et non dures - sans différences visibles évidentes. Malheureusement, les graines dures ne peuvent être évitées et constituent un défi important d'un point de vue économique. Les graines dures ont peu de valeur car elles exacerbent la lenteur de la germination, l'établissement non uniforme des semis, la concurrence accrue des mauvaises herbes et l'échec de la germination. La dormance des semences, c'est-à-dire le retard de germination après l'embryogenèse, se divise en plusieurs catégories. Parmi celles-ci, la dormance physiologique (DP) à médiation hormonale, la dureté des semences pour la dormance physique (DP) et la dormance combinatoire (PY+PD) sont soupçonnées de jouer un rôle dans la germination des graines de luzerne.
Les recherches sur les graines dures des légumineuses sont rares et, jusqu'à récemment, on pensait que la dormance de la luzerne n'incluait que le type PY. Aujourd'hui, des scientifiques du College of Grassland Science and Technology de l'Université agricole de Chine, sous la direction du professeur associé Shangang Jia, ont découvert le modèle PY+PD dans cette espèce de légumineuse grâce à la technologie d'imagerie multispectrale (MSI) combinée à des plates-formes "multi-omiques".
Leur étude a été mise en ligne le 31 mars 2023 et publiée dans The Crop Journal.
Expliquant ce qui les a poussés à poursuivre cette recherche, le Dr Jia déclare : "L'étude de la dormance dans les graines de luzerne dures et non dures est problématique. Faire des recherches comparatives en trempant les graines dans l'eau - une technique appelée imbibition - prend du temps et fait germer les graines non dures. Nous avions besoin d'une approche précise, non destructive et à haut débit pour obtenir des informations plus approfondies".
En combinant la MSI avec des plateformes multi-omiques (transcriptomique, métabolomique et méthylomique), l'équipe a développé une technique à haut débit pour identifier les graines, comparer le modèle de dormance et observer les différences dans la physiologie, le métabolisme et l'expression des gènes dans les graines dures et non dures.
"La technique a permis d'identifier avec succès les graines de luzerne dures avec une grande précision (jusqu'à 100 %). En outre, les analyses transcriptomiques, métabolomiques et méthylomiques ont révélé que les réponses à l'acide abscissique (ABA) jouaient un rôle clé dans les graines de luzerne dures", ajoute Jia.
L'ABA, une hormone qui induit la dormance, agit comme un somnifère qui maintient les graines dans un état de dormance. En outre, l'équilibre entre l'ABA et d'autres hormones telles que l'acide indole acétique (IAA) et l'acide jasmonique (JA) régit également le degré de dormance des graines. Par rapport aux graines non dures, les graines dures sont enrichies en antioxydants et en flavonoïdes, en lipides et en voies de biosynthèse d'hormones. En outre, l'expression accrue des gènes ABA et la méthylation différentielle des gènes sensibles à l'ABA dans les graines de luzerne dures soulignent les réponses à l'ABA.
L'équipe a également identifié des graines dures nonPY qui contenaient des niveaux plus élevés d'ABA/IAA et d'ABA/JA et qui n'ont pas germé après un traitement visant à rompre la dormance. Cette découverte a confirmé l'implication du schéma PD et a indiqué que c'est PY+PD, plutôt que PY seul, qui régit l'échec de la germination des graines dures de luzerne.
"Nous pensons avoir fourni un cadre théorique et technique pour l'étude de la dormance des graines dures de luzerne, et nos résultats pourraient certainement guider le traitement optimal de ces graines dans l'industrie semencière de la luzerne", conclut Jia d'un air enthousiaste.
Les scientifiques sont convaincus que leurs résultats auront une forte incidence sur les recherches futures et pourraient avoir d'immenses répercussions économiques.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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