La graine, concentré de vie

Si petites soient-elles, les graines résistent à de violents incendies, peuvent entrer en dormance pendant plusieurs siècles et constituent des réserves alimentaires dignes de sportifs ! Passez au scanner les différentes étapes de la vie d’une graine, de sa constitution à sa germination, en compagnie de Michel Caboche et de Dominique Job.

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Pour les plantes à graines (appelées spermatophytes), la graine est la structure qui contient et protège l’embryon végétal. Elle est souvent contenue dans un fruit qui permet sa dissémination.
La graine permet ainsi à la plante d’échapper aux conditions d’un milieu devenu hostile soit en s’éloignant (vent, animaux), soit en attendant le retour de circonstances favorables.

Il existe parallèlement des plantes sans graine (c’est le cas des fougères par exemple). La graine est en effet une invention, « récente » au cour de l'évolution, qui date de 400 millions d’années environ.

De quoi une graine est-elle constituée ?
La graine provient d’une transformation de l’ovule fécondé. De ce fait, elle est composée à la fois de parties provenant
- du SPOROPHYTHE MATERNEL (enveloppes de la graine),
- du GAMETOPHYTE (les tissus de réserve de la graine) et
- du SPOROPHYTE de la génération suivante : l’embryon.

Ses capacités de stockage représentent jusqu’à 90% du poids sec de la graine et constituent également sa valeur économique. Elle contient
- des protéines
- des lipides
- du phosphore
- des vitamines

Ceci explique pourquoi les animaux se nourrissent de graines. Les hommes travaillent actuellement sur le plan nutritionnel de ces aliments. Aujourd’hui cible des biotechnologies, les graines peuvent être démultipliées sur une même plante et leurs valeurs nutritionnelles modifiées (plus de protéines moins de lipides).


Comment font les futures graines pour constituer leurs réserves alimentaires ?

Les graines ont besoin d'une grande capacité de stockage de leurs nutriments, afin de pouvoir rester en dormance à plus ou moins long terme avant germination.
La mise en place des structures cellulaires destinées à accumuler des réserves sont dissociées dans le temps. Tout d'abord la vitesse de croissance de la graine, proportionnelle au nombre de cellules de réserve, constitue un puits prioritaire pour les assimilas, conditionnant leur répartition vers les autres puits présents sur la plante.
L’arrêt du remplissage a lieu lorsque les graines ont atteint leur taille maximale.

Mais comme l'a souligné Michel Caboche au cours de ses travaux, les graines ne sont pas de même qualité sur une même plante ! Pour le pois par exemple, les qualités des graines dans une gousse sont plus intéressantes lorsqu'elles sont plus basses sur la plante (car plus lourdes).


Mais développons le terme cité plus haut, la "dormance". Avant de germer, les graines ont besoin d'une période nécessaire de repos. La dormance et la longévité influencent considérablement la vigueur germinative des graines, c’est-à-dire leur aptitude à germer rapidement et de manière uniforme et à générer des plantules vigoureuses.

Cette dormance, qui varie de quelques jours à quelques siècles (!), est le résultat de la combinaison de plusieurs facteurs :
- la présence de protéines photosensibles (ou "chromoprotéines"). En d'autres termes, même sous terre, une graine perçoit la lumière, qui lui permet d'enclencher le processus de germination. Ceci explique en partie les semences selon le principe de calendrier lunaire puisque en période de pleine lune, cette lumière jour également sur la germination.
- associé aux protéines photosensibles, il y a la perméabilité à l'eau passé une période.
- la vernalisation (période de froid) est nécessaire pour mettre fin également à la dormance.
- enfin, récemment, Michel Caboche s'est intéressé aux réserves accumulées dans les graines, et au dépôt des tannins dans leurs téguments. Ces tannins jouent un rôle important dans la dormance et la protection de la graine contre les stress oxydants.


La germination
La germination est le phénomène par lequel l'embryon contenu dans la graine sort de sa période de vie ralentie et se développe grâce aux réserves de la graine.
On considère que la germination commence lorsque la graine est mise en contact avec de l'eau (si les conditions extérieures sont favorables) et se termine lorsque la radicule a percé la cuticule. Lorsque la jeune pousse sort de terre, c’est la photosynthèse qui prend le relais du cotylédon.

La réserve mondiale de semences en Norvège, inauguré en février 2008 est-elle une bonne initiative ?

La question paraît saugrenue. Au Spitsberg cette réserve pourra accueillir jusqu'à 4,5 millions d'échantillons de semences de cultures vivrières du monde pour préserver l'humanité de l'extinction d'espèces essentielles à sa survie, conséquences du changement climatique et des activités humaines.
Mais même conservées à -18°C, ces graines restent en dormance, et consomment leur réserves alimentaires, certainement moins rapidement, mais les consomme tout de même. Aucun scientifique ne peut à l'heure actuelle affirmer que dans dix ou quinze ans, ces graines seront encore exploitables.
Pour Michel Caboche et Dominique Job, cette entreprise ne doit en aucun cas être un prétexte pour les industriels dans l'uniformisation des espèces cultivées.
Pour eux, il reste essentiel que des espèces végétales demeurent, même en toute petite partie, dans leur territoire d'origine.



Écoutez sans plus tarder les détails de cette émission en compagnie de Michel Caboche et Dominique Job.

Michel Caboche est directeur de recherche à l’INRA. Actuellement directeur adjoint du Laboratoire de biologie des semences INRA-INA-PG à Versailles, il dirige l'Unité mixte INRA-CNRS-Université d'Evry de recherche en génomique végétale. Michel Caboche est également membre de l'Académie des sciences.

Dominique Job est directeur de Recherches au CNRS à l’unité mixte de recherche Physiologie Cellulaire végétale Aventis / Bayer Cropscience. Dominique Job est parallèlement correspondant de l’Académie d’agriculture.



En savoir plus :

- Cette émission a été construite à partir d'une séance commune de l’Académie des sciences et d’agriculture, qui avait lieu le 25 mars 2008 à l'Institut de France, intitulée très simplement "Graines". Retrouvez les résumés des différentes interventions ici !
- Michel Caboche, membre de l'Académie des sciences
- Dominique Job, correspondant de l'Académie d'agriculture

- Conservation des semences en Norvège, Svalbard Global Seed Vault (site en anglais)