Caractérisation génomique de facteurs impliqués dans la qualité organoleptique du fruit chez le pêcher (Prunus persica (L.) Batsch)

• Auteur / Autrice : Karima Boudehri
• Direction : Elisabeth Dirlewanger, Abdelhafid Bendahmane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale
• Date : Soutenance le 22/09/2009
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Hernould
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Plomion
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pere Arus, Mathilde Causse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie moléculaire végétale

Qualité -- Contrôle

Fruits

Pêcher

Mots clés libres

Clonage positionnel

Carte génétique

Carte physique

Banque BAC

Prunus persica

Qualité du fruit

Positional cloning

Fine mapping

BAC library

Physical map

Prunus persica

Fruit quality

Résumé

La qualité du fruit est un critère incontournable de sélection chez les Rosacées fruitières, et l’acidité constitue une composante majeure de la qualité organoleptique. Toutefois, les mécanismes physiologiques et moléculaires contrôlant l'acidité des fruits restent mal connus. Chez le pêcher, le caractère non acide du fruit est contrôlé par le locus D. Une descendance F2 de 208 individus issus d'un croisement entre une variété de pêche non acide ‘Ferjalou Jalousia®’ et une variété de nectarine normalement acide, ‘Fantasia’ (JxF) a été analysée pour différents caractères agronomiques dont l’acidité du fruit. Cette descendance a servi à la réalisation d’une carte génétique et ainsi à la localisation du locus D sur le groupe de liaison 5 (GL5). Ce locus co-localise avec des QTL à effet majeur impliqués dans l’acidité titrable, le pH, la teneur en acides organiques ainsi que des QTL à effet plus faible pour la teneur en sucres solubles. De nombreux gènes candidats impliqués dans la synthèse des acides organiques, la dégradation et le stockage vacuolaire avaient été précédemment étudiés. Cependant, aucun gène candidat n’a encore été cartographié dans la région du locus D, excluant ainsi leur rôle direct dans le contrôle de l’acidité du fruit. Ceci s’explique par la complexité des voies métaboliques des acides organiques et par l’implication de transporteurs, de canaux et de pompes à protons qui rendent l'identification du ou des gène(s) associés au locus D plus complexe par une approche gène candidat. Par conséquent, une approche de clonage positionnel a été menée dans la présente étude afin d’identifier le ou les gène(s) intervenant dans le contrôle de l’acidité du fruit chez le pêcher dans le but de comprendre les mécanismes moléculaires et physiologiques sous-jacents. La recherche de marqueurs liés au locus D a été réalisée par BSA-AFLP. Trente quatre marqueurs AFLP ont été cartographiés sur le GL5 et les six marqueurs les plus proches ont été convertis en marqueurs SCAR codominants. Une carte génétique fine de la région contenant le locus D a ensuite été réalisée à partir d’une descendance F2 élargie à 1 718 individus et à l’aide des six marqueurs SCAR et de trois marqueurs microsatellites précédemment cartographiés dans cette région. L’ensemble des données de génotypage et de phénotypage des individus ayant subi un événement de recombinaison dans la région du locus d’intérêt, a permis la localisation précise du locus D dans un intervalle de 0,4 cM. En parallèle, une banque BAC d’une couverture estimée à 15 fois la taille du génome haploïde du pêcher a été réalisée et son criblage a permis d’évaluer le rapport distance physique/distance génétique dans cette région à 250 kb/cM. Après deux étapes de marche sur le chromosome, une carte physique de la région a été construite en intégrant 16 marqueurs issus du séquençage d’extrémités de BAC. Un clone BAC de 98 kb contenant l’allèle D et un autre de 78 kb contenant l’allèle d ont été séquencés. L’annotation des séquences des deux allèles a mis en évidence onze gènes candidats. De nouveaux marqueurs développés à partir des séquences de ces deux BAC ont ensuite permis de préciser la localisation du locus d’intérêt dans un intervalle de 16 kb. Dans cette région deux gènes ont été identifiés : un gène de résistance et un gène codant pour un transporteur. Une approche transcriptionnelle a été initiée en complément du clonage positionnel afin de fournir un premier élément pouvant confirmer l’implication d’un ou plusieurs gène(s) candidat(s) positionnel(s) dans l’acidité du fruit chez le pêcher.

Acidity is an essential component of the organoleptic quality of fleshy fruits. However, the physiological and molecular mechanisms that control fruit acidity remain unclear. In peach low-acidity is determined at the D locus by the dominant allele. A peach progeny of 208 F2 individuals obtained from a cross between ‘Ferjalou Jalousia®’ (a low-acid peach) and ‘Fantasia’ (a normally acid nectarine) varieties (JxF) was analyzed for several agronomical traits. This peach F2 progeny segregating for several mendelian traits, was analyzed for fruit quality traits including fruit acidity and used for the construction of a genetic linkage map. The D locus was mapped to the proximal end of linkage group 5 (LG5) and co-localized with major QTLs involved in the control of fruit pH, titratable acidity and organic acid concentration and minor QTLs for sugar concentration. Several candidate genes involved in organic acids synthesis, degradation or vacuolar storage have previously been studied. However, none of these candidate genes were located on in the region of the D locus, excluding their direct role in the control of fruit acidity by the D locus. The complexity of organic acids metabolic pathways as well as the involvement of transporters and channels and related proton pumps has hampered, so far, the identification of the gene(s) associated to the D locus using a candidate gene approach. Thus, in order to investigate the molecular and physiological bases of fruit acidity in peach, a positional cloning strategy of the D locus was undertaken for the isolation of the gene(s) underlying this trait. Using a BSA-AFLP method, 34 AFLP markers were mapped to the LG5, and the six nearest markers were transformed into codominant SCAR markers. These SCAR markers and three previously mapped SSR markers were used to genotype an F2 segregating progeny extended to 1,718 F2 individuals. A high-resolution map of the D locus was realized after genotyping and phenotyping recombinant individuals. Using these recombinant plants we delimited the D locus to a genetic interval of 0.4 cM. We also constructed a peach BAC library with a covering estimated at 15 x the peach haploid genome. The screening of the BAC library with tightly linked markers indicated that 1 cM corresponds to 250 kb at the vicinity of the D locus and allowed the construction of the physical map in two walks integrating 16 markers obtained from the BACends sequences. Two BAC clones harbouring the D locus were identified and sequenced; one BAC clone of 98 kb containing the D dominant allele and another one of 78 kb containing the d recessive allele. Eleven predicted genes were found in the sequenced region. A new set of markers was developed which allowed the localization of the D locus in a 16 kb interval. In this region, two genes were identified: a resistance gene and a gene encoding for a transporter. A transcriptional approach was initiated in addition to the positional cloning strategy to provide a first element which could confirm the involvement of one or more identified positional candidate gene(s) in the control of peach fruit acidity.