Valorisation de la diversité chimique et génétique du houblon sauvage de la région Hauts-de-France dans un objectif de développement variétal et d'applications agro-alimentaires et agricoles

Valorisation of the chemical and genetic diversity of wild hops in the Hauts-de-France region with a view to varietal development and agro-food and agricultural applications

• Auteur / Autrice : Anne-Sophie Paguet
• Direction : Céline Rivière, Sevser Sahpaz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologies agroalimentaires, sciences de l'aliment, physiologie
• Date : Soutenance le 27/10/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMR Transfrontalière BioEcoAgro
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Institut français des boissons, de la brasserie et de la malterie
• Jury : Président / Présidente : Philippe Reignault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Hehn, Ali Siah, Marc Schmitt
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandre Maciuk, Séverine Derbré

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolomique

Chimie végétale

Variabilité génétique

Composition chimique

Variabilité

Houblon

Mots clés libres

Composés volatils

Phytochemistry

Metabolomics

Genetic diversity

Hop

Résumé

Le houblon, Humulus lupulus L., est une plante de culture traditionnelle dans le Nord de la France. Les inflorescences femelles, nommées aussi cônes, sont utilisés en brasserie pour apporter amertume et arômes à la bière, ainsi que pour leurs propriétés antimicrobiennes. Ces propriétés sont étroitement liées à leur composition chimique originale. En particulier, le houblon produit des chalcones prénylées dont le xanthohumol et le desméthylxanthohumol, ainsi que des dérivés d'acylphloroglucinols avec les analogues de l'humulone (acides α) et les analogues de la lupulone (acides β). Par ailleurs, l'huile essentielle de cônes est principalement représentée par des monoterpènes et des sesquiterpènes majoritaires non oxygénés (β-myrcène, β-caryophyllène et α-humulène). L'amertume recherchée par les brasseurs est due aux acides alpha, tandis que les arômes proviennent des composés volatils. Depuis quelques années, le regain d'intérêt des consommateurs pour les bières artisanales et aromatiques donne un nouveau dynamisme à la filière houblon en région. Dans ce contexte, notre étude visait à investiguer la diversité génétique, chimique et phénotypique des houblons sauvages du Nord de la France, reconnus comme une source potentielle de caractères intéressants pour l'amélioration variétale. Pour cela, cinquante houblons sauvages ont été collectés sur différents biotopes du Nord de la France et mis en culture en houblonnière expérimentale. Ces houblons sauvages ont été comparés à dix variétés commerciales cultivées en région, et trois variétés anciennes. Une caractérisation du biotope a été réalisée sur des échantillons de sol. Les analyses génétiques des différents houblons se sont concentrées sur l'étude des régions microsatellites. La caractérisation phytochimique des houblons collectés in-situ et ex-situ a porté sur la quantification des composés phénoliques prénylés majoritaires par UHPLC-UV, l'analyse métabolomique non ciblée par UHPLC-HRMS et l'analyse des composés volatils par HS-SPME GC-MS. Des bières ont également été brassées avec les cônes de certains houblons de notre collection et ont fait l'objet d'une caractérisation physico-chimique, d'une analyse de leur composition en composés volatils par SBSE-GC-MS et de leurs propriétés organoleptiques par un panel de dégustateurs. Les données multivariées obtenues au cours de ces différentes analyses ont été complétées par analyse multifactorielle. Ces résultats ont révélé une grande diversité génétique et chimique parmi les accessions sauvages, mais également l'importance de l'effet terroir sur la composition chimique du houblon. Ces différents jeux de données et leur analyse statistique constituent un solide support pour l'étude de cette diversité.

Hop, Humulus lupulus L., is a traditional crop of Northern France. Female inflorescences, also named cones or hops, are used in brewing to provide bitterness and aroma to beer, as well as for their antimicrobial properties. These properties are closely connected to their original chemical composition. In particular, hops produce prenylated chalcones including xanthohumol and desmethylxanthohumol as well as acylpholoroglucinol derivatives with humulone derivatives (α-acids) and lupulone derivatives (β-acids). Moreover, hop essential oil is mainly represented by non oxygenated monoterpenes and sesquiterpenes (β-myrcene, β-caryophyllene and α-humulene). The bitterness sought by brewers is due to the alpha acids, while the aromas come from the volatile compounds. In recent years, the new interest of consumers for craft and aromatic beers has given a new dynamism to the hop sector in the region. In this context, our study aims to investigate the genetic, chemical and phenotypic diversity of wild hops from Northern France, recognized as a potential source of interesting traits for varietal improvement. For this purpose, fifty wild hops were collected on different biotopes in Northern France and replanted in experimental hop fields. These wild hops were compared to ten commercial varieties grown in the region, and three old varieties. Biotope characterization was performed on soil samples. Genetic analyses of the different hop were focused on the study of microsatellite regions. Phytochemical characterization of hops collected in-situ and ex-situ was focused on the quantification of major prenylated phenolic compounds by UHPLC-UV, non-targeted metabolomic analysis by UHPLC-HRMS, and volatile compound analysis by HS-SPME GC-MS. Beers were also brewed with some hops from our collection and were subjected to physicochemical characterization, analysis of their volatile compound composition by SBSE-GC-MS and organoleptic characterization by a panel of tasters. The multivariate data obtained during these different analyses were correlated by multifactor analysis. These results revealed a high genetic and chemical diversity among the wild accessions, but also the importance of the terroir effect on the chemical composition of hops. These different datasets and their statistical analysis constitute a solid support for the study of this diversity.