Les plantes sont excellentes pour élaborer des stratégies. Certaines plantes produisent autant de petites graines que possible tandis que d'autres sont plus conservatrices et produisent des graines moins nombreuses mais plus grosses. Les plantes vivant dans des habitats extrêmes connaissant une sécheresse ou une salinité sévère ont moins de concurrence avec d'autres espèces végétales que peut-être dans une prairie ou une forêt riche en ressources. Alors que les chercheurs aiment vraiment comparer le nombre et la taille des graines pour comprendre différentes stratégies, il se peut qu'il ne saisisse pas complètement comment la graine d'une plante peut être adaptée à un environnement. Certaines plantes de la famille des amarantes (Amaranthaceae) poussent dans des habitats extrêmes (par exemple, déserts, marais salants), mais des études antérieures n'ont pas trouvé de différences dans la taille des graines entre des habitats contrastés.

Dr Philippe Vandelook du Meise Botanic Garden et des collègues des Royal Botanic Gardes, Kew et Ludwig Maximilian University of Munich mesuré et disséqué des milliers de graines de 87 espèces de la famille des amarantes (Amaranthaceae). Vandelook et ses collègues ont identifié quatre types d'embryons distincts (en forme d'anneau, courbé, en forme de fer à cheval et enroulé en spirale) et ont découvert que les caractères morphologiques des graines et des embryons et les types de photosynthèse (C₃ et C₄) a évolué en association avec des environnements extrêmes. Les espèces qui poussaient principalement dans des environnements extrêmes germaient plus rapidement et avaient des embryons plus gros (avec plus de tissus nutritifs).

Vandelook et ses collègues ont collecté des graines de Millennium Seed Bank de Kew de 84 espèces de la famille des amarantes provenant de différents habitats et climats. De chaque espèce, 40 à 100 graines ont été utilisées pour mesurer la vitesse de germination, le rapport longueur racine/cotylédon à deux températures (20°C et 25°C). Pour les coupes microscopiques, les graines ont été disséquées, coupées à une épaisseur de 5-10 µm et la surface de l'embryon et - le cas échéant - les tissus nutritifs environnants (périsperme) a été mesuré par analyse d'image. Les chercheurs ont recueilli des informations sur la photosynthèse (C₃ ou C₄), habitat (salé ou non), colonisateur d'habitats perturbés (rudéraux ; oui ou non), longévité des adultes (annuelle, vivace courte ou vivace) et hauteur maximale des plantes pour chaque espèce. En utilisant la phylogénétique, les chercheurs ont testé s'il y avait un signal évolutif dans les types d'embryons et les graines.

Il y avait un signal phylogénétique dans les types d'embryons, la masse des graines et le rapport taille embryon/graine suggérant que ces caractères ont évolué en association avec la salinité de l'habitat, le type de photosynthèse et la ruderalité. Il y avait quatre types distincts de formes d'embryons : en forme d'anneau (annulaire), courbé, en forme de fer à cheval et enroulé en spirale. La plupart des embryons avaient une forme annulaire – qui pourrait très bien être la forme ancestrale de la famille des amarantes – tandis que la forme en fer à cheval n'a été trouvée que chez trois espèces.

"Graines de C₄ les plantes, adaptées à la croissance dans des environnements chauds et secs, ont germé plus rapidement avec des quantités décroissantes de périsperme, tandis qu'un faible schéma opposé a été observé pour C₃ plantes », ont écrit Vandelook et ses collègues.

"De même, pour les plantes poussant dans des habitats salins, les graines germent plus rapidement lorsque la proportion d'embryons est plus élevée, alors que la relation inverse a été observée chez les plantes provenant d'habitats non salins."

Alors que seules trois espèces avaient des embryons enroulés en spirale avec peu ou pas de tissu nutritif, les chercheurs ont suggéré que ces graines peuvent germer très rapidement car elles se déroulent rapidement. Des embryons plus gros contenant des tissus nutritifs pourraient donner une meilleure chance de s'établir et de germer rapidement pour les personnes adoptées par le stress, C₄ espèces.

L'amarante est une céréale importante car ses (pseudo-)graines contiennent plus de protéines que le blé, le riz ou le maïs, et peuvent même être consommées comme pop-corn. Cette étude a montré que la dissection des graines et l'examen de la morphologie de l'embryon peuvent révéler des adaptations uniques au sein de la famille des amarantes.