Impact du microclimat sur le métabolisme de la baie de raisin

Microclimate influence on grape berry metabolism

• Auteur / Autrice : Jérémy Pillet
• Direction : David Lecourieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences, technologie, santé. Biologie végétale
• Date : Soutenance le 15/12/2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Yves Gibon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Felix Keller, Annick Moing
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Hugueney, Charles Romieu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Effets de la lumière

Plantes -- Effets de la température

métabolisme

Raisin

Microclimatologie

Phénols

Mots clés libres

Vigne

Microclimat

Lumière

Température

Composés phénoliques

Galactinol synthase

HSFA2

Métabolomique

Grapevine

Microclimate

Light

Temperature

Phenolic compounds

Galactinol synthase

HSFA2

Metabolomics

Résumé

Le réchauffement climatique planétaire annoncé ne sera pas sans conséquence sur le métabolisme de la baie et en particulier sur la teneur en composés phénoliques. Les objectifs de cette thèse visent à mieux comprendre les processus de régulation associant le microclimat des baies et la synthèse des composés phénoliques. Par des approches moléculaires et biochimiques, ce travail a permis de mieux décrire les réponses spécifiques des baies de raisin (cultivar Cabernet-Sauvignon) aux facteurs rayonnement et température.L'analyse du transcriptome des baies exposées soit à un stress thermique soit à un stress lumineux a mis en lumière deux processus, une réponse rapide ayant lieu dès les premières heures de traitement et une réponse apparaissant au bout de plusieurs jours d’exposition aux stress. Cette étude a également permis de valider le système expérimental de découplage des effets du rayonnement et de la température.L'analyse des profils d’expression d’une vingtaine de gènes intervenant dans la voie de biosynthèse des flavonoïdes révèle des différences dans la réponse transcriptionnelle des gènes en fonction du stress et du stade développement auquel il a été appliqué. Néanmoins cette réponse n'est pas ou peu corrélée avec les variations des teneurs en anthocyanes et flavonols observées. Les teneurs en anthocyanes sont fortement réduites par l’action de la chaleur alors que les teneurs de certains flavonols augmentent sous l’influence du rayonnement. Au niveau des acides présents dans la pulpe des baies, l’acide malique voit sa teneur réduite sous l’effet de la chaleur ainsi que d’une forte intensité lumineuse. Les analyses montrent un impact important du stress thermique sur la teneur de la phénylalanine, de la tyrosine et de la lysine dans la pellicule.Parallèlement, l'initiation d’une étude du métabolome des pellicules de baies de raisin a été entreprise par UPLC-ESI-LTQ-Orbitrap™ et a permis d'acquérir des bases solides pour optimiser le protocole utilisé en vue d'analyses futures. Cette étude permet de dresser une liste préliminaire de métabolites d’intérêts.Enfin, le gène VvGOLS1 (Galactinol synthase 1) voit son expression stimulée dans les baies exposées au stress thermique, ce qui se traduit par une accumulation de galactinol, précurseur de la voie des RFOs. Un rôle de molécule «signal» est envisagé pour le galactinol. Un régulateur de la transcription de VvGOLS1 a également été identifié par des expériences d'expression transitoire en protoplastes. Il s'agit du facteur de transcription VvHsfA2, dont l'expression est également stimulée par le stress thermique. Dans ce contexte, la caractérisation des gènes de la famille des Hsfs (Heat Stress Factors) a été initée.

Global warming will affect berry metabolism, and especially phenylpropanoïd contents. This PhD work aimed to acquire a better understanding on the cellular processus linking the microclimate and the phenolic synthesis. By molecular and biochemical approaches, we extended this study to detail specific responses taking place in berries under heat and light stress.Transcriptomic analysis of heat-stressed and light-stressed berries showed the existence of two processes that occur in exposed berries. The first one triggers a rapid and transient expression of genes within the first hours of treatment. The second one mobilizes a set of genes showing increase in their expression after several days of stress exposure. Furthermore, this study validated the experimental set used to discriminate the effects of light and temperature, respectively.Expression analysis of 20 genes involved in the flavonoid biosynthetic pathway revealed strong differences among the transcriptional responses, depending on the nature of stress and the developmental stage of the berry. However, expression patterns of genes involved in the biosynthesis of flavonoid could not fully explain the changes in anthocyanin and flavonol contents. This suggests that additional regulation processes such as post-traductional modifications of enzymes or metabolite degradation might take place in berries under abiotic stress. Anthocyanin content decreases under heat stress whereas flavonol content increases under high light. Malic acid increases in berry exposed to heat stress and high light. Moreover, heat-stressed berries showed an accumulation of phenylalanine, tyrosine and lysine in skin but not in pulp.In parallel, a metabolomic analysis was initiated on stress exposed berry skins by using UPLC-ESI-LTQ-Orbitrap™ technology. The first experiments revealed contrasted metabolite contents in berries according to the stress applied, and highlighted several metabolites of interest. The preliminary assays will help optimize this powerful tool for futures analysis.Finally, expression of VvGOLS1 (Galactinol synthase 1) was strongly induced in grape berries exposed to heat stress, in good agreement with the observed galactinol accumulation. Role of galactinol as a signaling molecule is discussed. Transient expression experiments revealed that VvGOLS1 expression is regulated at the transcriptional level through VvHsfA2 action. VvHsfA2 expression is also stimulated under heat stress. In this context, characterization of the grapevine heat stress factors was initiated.