La tolérance à la dessiccation correspond à la propriété de résister sans dommage à la perte totale de l'eau cellulaire. Il s'agit d'un phénomène multifactoriel qui repose notamment sur l'accumulation de protéines de stress telles que les protéines LEA (Late Embryogenesis Abundant). Ces protéines hydrophiles et largement désordonnées à l'état natif appartiennent à plusieurs familles sur la base de leurs séquences primaires, et sont exprimées de façon abondante en fin de maturation des graines. On leur attribue une multitude de fonctions telles que remplacement de l'eau, pièges à ions, stabilisation des protéines et membranes. Parmi cette famille de protéine, le laboratoire a identifié et cloné chez Medicago truncatula, PM25, une protéine LEA spécifiquement exprimée dans la graine. L'objectif de ce travail a été de mieux comprendre sa fonction au sein de la graine. Deux approches ont été employées : une approche physico-chimique de caractérisation de la fonction de PM25 in vitro et une approche de génétique inverse impliquant E. coli et des mutants d'insertion Tnt1 de M. truncatula déficients en PM25. Nous avons montré que PM25 est une protéine LEA nucléaire atypique présentant des caractéristiques hydrophobes. De plus, non seulement elle empêche l'agrégation de protéines lors de la dessiccation ou la congélation, mais elle est aussi capable de dissoudre de manière très efficace ces agrégats lors de la réhydratation ou de la décongélation. Cependant, le phénotypage des graines pm25 n'a pas permis de mettre en évidence une sensibilité accrue des graines à la dessiccation, au vieillissement accéléré ou aux stress salins et osmotiques. Ce résultat peut être expliqué par le fait que plusieurs homologues de PM25 sont surexprimés dans les graines mutantes, ce qui indique un phénomène de redondance pour cette famille de gène. Par ailleurs, les graines pm25 présentent une masse et une taille réduite alors que la composition en sucres solubles et protéines de réserve n'est pas affectée. L'ensemble de nos travaux suggère que PM25 serait soumis à des phénomènes de régulation complexe et pourrait réguler le remplissage de la graine.

La maîtrise des qualités physiologique (performance germinative) et sanitaire des semences (vection d'agents pathogènes) constitue un verrou scientifique et technologique majeur dans le cadre d'une agriculture raisonnée et mondialisée. La qualité physiologique repose notamment sur la tolérance à la dessiccation, la dormance et l'aptitude à la conservation qui s'acquièrent pendant le développement de la graine. Cependant les mécanismes régulateurs de ces processus restent mal compris. Chez Medicago truncatula, par une approche transcriptomique nous avons montré que la signalisation par l'acide abscissique participe via le facteur de transcription ABI5 à la régulation de la survie à l'état sec et à la dormance. ABI5 joue un rôle prépondérant dans les phases du développement allant de la fin de la maturation et à la levée. La transmission à et par les semences est l'un des principaux moyens de survie et de dissémination des bactéries phytopathogènes telles que Xanthomonas. Les éléments du dialogue moléculaire qui pourrait s'établir entre ces bactéries et la graine sont cependant méconnus. Après avoir établi que la contamination est plus efficace en situation compatible [Xanthomonas alfalfae subsp. alfalfae] qu'en situation incompatible [X. campestris pv. campestris, Xcc], nous démontrons l'existence d'un dialogue moléculaire entre Xcc et la graine en développement. La réponse transcriptionelle de la graine contaminée par Xcc et la réduction de leur poids suggèrent un trade-off entre l'activation des défenses basales et son développement. Cette thèse apporte des éléments permettant de suggérer que les qualités sanitaire et physiologique sont liées.

La germination est un processus en continuité avec la fécondation, l'embryogénèse et la maturation de la graine. Il débute avec l'imbibition mais est soumis à des contrôles internes et externes : balance hormonale qui régule les acteurs de la germination et conditions environnementales. Ce travail apporte des informations sur la germination des semences de Medicago truncatula. Chez cette espèce, la germination résulte uniquement de la croissance cellulaire par élongation. La restructuration des parois joue un rôle clé et serait la cible de l'acide abscissique (ABA). Elle correspond à la modification de la composition en oses et à l'évolution des structures internes à l'échelle des polymères ; notamment, l'apparition de callose et des changements au niveau des ramifications des pectines. Les parois sont riches en arabinose, présentent une hétérogénéité tissulaire, et délimitent des structures en fuseaux dans l'axe embryonnaire. Le gène MtSAP1 a été étudié au niveau structural et fonctionnel. Il code pour une protéine possédant les domaines A20 et AN1. Chez les mammifères ses homologues régulent les processus inflammatoire et la mort cellulaire. Chez le riz, les protéines A20/AN1 joueraient un rôle dans la transmission du signal de stress. Le travail effectué ici montre que MtSAP1 s'exprime dans l'axe embryonnaire dans la semence en fin de maturation. Son expression chute durant la germination et il est fortement induit par l'ABA et par l'hypoxie. Des interactions existent entre MtSAP1 et des protéines liées au développement et aux stress. Son rôle pourrait s'exercer au niveau de la transmission du signal stress lié à la dessiccation et le faible taux d'oxygène.

La tolérance à la dessiccation (TD) est définie comme l'aptitude à survivre à l'état sec et à reprendre un métabolisme normal après le retour à des conditions hydriques favorables. Contrairement aux graines orthodoxes, qui acquièrent la TD au cours de leur maturation, les graines récalcitrantes ne survivent pas à la dessiccation. L'analyse comparative du développement de ces deux types de graines constitue donc un modèle intéressant pour mettre en évidence des mécanismes spécifiquement impliqués dans la TD. Par des approches protéomique et transcriptomique, ce travail a permis de caractériser le développement de graines récalcitrantes de Castanospermum australe et de le comparer à celui de graines orthodoxes de Medicago truncatula, espèce de la même sous-famille des Fabacées. Nos résultats montrent que certaines protéines de type LEA (Late Embryogenesis Abundant) sont absentes ou faiblement accumulées dans les graines matures de C. australe comparé à celles de M. truncatula. Le profil des LEA ressemble à celui du mutant Mtabi3, déficient pour le régulateur majeur de la maturation des graines orthodoxes ABI3 (ABscissic acid Insensitive 3). L'analyse transcriptomique révèle une forte répression de CaABI3 et de ses gènes cibles en fin de développement chez les graines de C. australe, alors qu'ils restent fortement exprimés tout au long de la maturation des graines de M. truncatula. Deux gènes codant pour ABI3 ont été clonés chez C. australe : CaABI3 et CaABI3-like. Par sur-expression ectopique dans des racines de M. truncatula, seul CaABI3-like est en mesure d'activer les mêmes cibles que MtABI3. De plus, CaABI3 ne complémente pas le mutant abi3-5 d'Arabidopsis thaliana. Cette analyse renforce l'importance d'ABI3 pour expliquer la sensibilité à la TD des graines récalcitrantes. Elle révèle par ailleurs que la graine mature de C. australe présente certaines caractéristiques d'une graine prête à germer tout en exprimant de nombreux gènes de réponse au stress.