Une étude, dont les résultats intitulés «Non-canonical RNA-directed DNA methylation participates in maternal and environmental control of seed dormancy» ont été publiés dans la revue eLife, révèle comment l'empreinte maternelle de dormance des graines est transmise grâce à de petits fragments d’ARN dits ‘interférents’, qui inactivent certains gènes. En outre, l'étude dévoile qu’un mécanisme similaire permet de transmettre une autre empreinte, celle des températures présentes au cours du développement de la graine.

Relevons tout d'abord que «la dormance est mise en œuvre pendant le développement des graines dans la plante mère», ce qui «permet aux graines de germer pendant la bonne saison, d’éviter que tous les rejetons d’une plante se développent au même endroit et entrent en compétition pour des ressources limitées, et favorise la dispersion des plantes». De plus, «les graines perdent également leur dormance à des échéances variables».

L'étude ici présentée a été entreprise pour comprendre pourquoi «des sous-espèces d’une même plante peuvent avoir différents niveaux de dormance selon les latitudes sous lesquelles elles sont produites». En fait, «comme tous les organismes ayant une reproduction sexuée, la graine reçoit deux versions de chaque gène, un allèle maternel et un allèle paternel, qui peuvent avoir des niveaux d’expressions différents».

Il avait été «montré en 2016 que les niveaux de dormance d’Arabidopsis thaliana (l’Arabette des Dames), un organisme-modèle utilisé en laboratoire, sont hérités de la mère», car, chez la graine, «le niveau d’expression d’un gène régulateur de dormance appelé allantoinase (ALN) est le même que celui de l’allèle maternel», ce qui implique «que c’est l’allèle maternel d’ALN qui est principalement exprimé, au détriment de l’allèle paternel».

Pour sa part, l’étude ici présentée montre «que cette empreinte maternelle est transmise par un mécanisme épigénétique, qui influence l’expression de certains gènes sans en modifier la séquence»: concrètement, «l’allèle paternel d’ALN est ‘réduit au silence’ par des modifications biochimiques appelées méthylations, qui sont effectuées dans la région promotrice du gène afin de l’inactiver».

Comme «ces méthylations sont elles-mêmes le résultat d’un processus dans lequel sont impliqués différents complexes d’enzymes et de facteurs, ainsi que de petits fragments d’ARN dits ‘interférents’», il s’agit là «d’un exemple inédit d’empreinte génomique, car elle se fait en l’absence de l’enzyme habituellement responsable de la méthylation».

Il est apparu que lorsque «les conditions environnementales présentes pendant la formation de la graine laissent aussi leur empreinte, car son niveau de dormance augmente avec une baisse des températures», les «deux allèles du gène ALN sont fortement réprimés dans la graine» en raison d'un «mécanisme épigénétique semblable, mais dont les acteurs ne sont pas tous identiques à ceux qui opèrent pour réduire l’allèle paternel au silence».

Au bout du compte, «cette empreinte du froid permet à la graine de conserver des informations sur les températures passées pour les inclure dans le choix du moment optimal de germination». Cependant, «après la germination, le gène ALN est à nouveau réactivé dans l’embryon» et la mémoire du froid sera alors effacée, «ce qui permet de remettre les compteurs à zéro pour la génération suivante».

En conséquence, cette étude peut conduire à des applications dans l’agriculture, «notamment pour prévenir une germination précoce dans un environnement soumis aux changements climatiques» et en écologie «car l’augmentation des températures pourrait diminuer la dormance de la banque de semences et modifier ainsi la répartition des espèces végétales sous une latitude donnée» avec de multiples répercutions, directe et indirectes, «pour les espèces animales et végétales indigènes».