Isotopic and metabolic biomarkers of seed quality | Etude de biomarqueurs métaboliques et isotopiques de la qualité des semences : étude chez des mutants de tabac et Arabidopsis, et une core collection de Medicago truncatula

Inglés. Seeds are essential for global crop production, as they represent the cornerstone of a complex food industrial system and therefore can be seen as a very good entry point for improvement at several levels, in a context of climate change. Here, we propose a novel approach to seed quality through different lenses: lipidomics, metabolomics and stable isotopes, using multiple plant models. The work sheds light on three metabolic pathways of major importance : amino acid metabolism, respiratory metabolism and metabolite transport and allocation via the phloem. Although a definitive answer about seed quality is unlikely to be found, several points of interest can be made for potential biomarkers, from lipid and amino acid metabolism and in particular using stable isotopes: (i) a correlation between the leaf-to grain difference in δ 13C and grain yield, (ii) a typical 15N-enrichment in threonine from legume proteins, (iii) a relationship between lipid content and 2H abundance. Such isotopic aspects are promising since isotopic analyses are now rapid and easy to implement at low cost. This work also opens avenues for future investigations, in particular phloem sap metabolomic composition and protein isotope composition of seed of different sizes in Medicago truncatula.

Francés. Les graines sont essentielles pour les grandes cultures, elles sont la pierre angulaire d’un système agro-industriel complexe et sont, dans un contexte de réchauffement climatique, un point d’amélioration potentielle particulièrement important à de multiples niveaux. Dans ces travaux nous présentons une approche originale à travers différents points de vue : lipidomique, métabolomique et isotopique, à l’aide de différentes plantes modèles. Nous avons mis en évidence 3 voies métaboliques d’importance à travers différentes expérimentations : métabolisme des acides aminés, métabolisme respiratoire et le transport des métabolites et leur allocation via le phloème. Bien qu’il soit illusoire de trouver une réponse définitive concernant les biomarqueurs de la qualité des graines, plusieurs pistes importantes ont été trouvées, mettant en jeu des biomarqueurs potentiels issus du métabolisme des lipides et des acides aminés, avec en particulier l’utilisation des isotopes stables: (i) une corrélation entre la différence feuille-graines du δ 13C et le rendement en grains, (ii) un enrichissement caractéristique en 15N de la thréonine des protéines de légumineuses, (iii) une relation entre la teneur en lipide et l’abondance en 2H. Ces aspects isotopiques sont prometteurs car les analyses isotopiques sont simples et rapides à mettre en place, à faible coût. Ce travail ouvre aussi de nouvelles questions nécessitant des recherches futures, en particulier l’étude de la composition métabolique du phloème et de la composition isotopique des protéines dans les graines de différentes tailles chez Medicago truncatula.