Contribution to the characterization of the acquisition of the emergency vigor during seed maturation

Abstract

The stable production of high vigorous seeds regardless of the environment is a key lever to increase crop production. Seed vigor is defined as the sum of the physiological properties that lead to homogenous and vigorous seedling establishment. It includes longevity, defined as the capacity to remain viable for long periods during dry storage and the capacity to elongate after germination. However, how these traits are acquired during seed development and how the environment impacts their acquisition remain poorly understood. Yet this information is important to determine the harvest stage corresponding to maximum vigor. Using agronomy and physiological approaches on soybean and Medicago truncatula, we confirm that longevity is progressively acquired during seed maturation. In soybean, our data suggest that the climate influenced longevity whereas in Medicago, heat applied during seed maturation had no significant impact. This work also showed that HEAT SHOCK FACTOR A2.2, a homologue of HSFA9 and hub gene involved in seed maturation does not play a role in seed longevity but acts as negative regulator of embryonic dormancy. Longevity is evaluated by the ability to germinate after storage, which represents only a part of the success of crop establishment. How seed maturation affects the loss of seedling establishment capacity during storage was evaluated in soybean using an experimental system set up to assess elongation capacity. The pattern of acquisition of elongation capacity during maturation varied between crop years and growth conditions. The time to 50% loss of elongation capacity during storage was similar to that of loss of germination. Also, it increased steadily during seed maturation after mass maturity and harvest maturity stages, highlighting the importance of the late phase of seed maturation in building seed vigor.

La production de semences vigoureuses est un levier pour augmenter les rendements. La vigueur est définie comme la somme des propriétés physiologiques conduisant à l’établissement homogène et vigoureux du peuplement végétal. Elle comprend la longévité, définie comme la capacité à rester viable pendant le stockage et la capacité de la plantule à s'allonger après germination. Cependant, comment ces caractéristiques sont acquises au cours du développement de la graine et comment l'environnement influence leur acquisition restent mal compris. Ces informations sont importantes pour déterminer le stade de récolte correspondant à une vigueur maximale. En utilisant des approches agronomique et physiologique sur le soja et Medicago truncatula, nous montrons que la longévité est progressivement acquise au cours de la maturation. Chez le soja, le climat influence la longévité de manière complexe alors que chez Medicago, la chaleur pendant la maturation ne l'impacte pas significativement. Nous montrons également que HEAT SHOCK FACTOR A2.2, un homologue de HSFA9 impliqué dans la survie à l’état sec ne joue pas de rôle dans la longévité chez Medicago mais agit comme régulateur négatif de la dormance. La longévité se mesure par la perte de la germination pendant le stockage et ne représente qu'une partie du succès de l'établissement de la culture. Donc, l’influence de la maturation sur la perte de capacité d’établir une plantule lors du stockage a été évaluée chez le soja. L’acquisition de la capacité d'élongation pendant la maturation varie entre les années de culture et selon les conditions de croissance des plantules. Le temps nécessaire pour diminuer la capacité d'élongation de 50% pendant le stockage augmente constamment pendant la maturation après la maturité de masse. Ceci démontre l’importance des phases tardives de la maturation dans l’élaboration de la vigueur germinative.