Etude de l’interaction génotype x environnement sur l’élaboration des composés aromatiques chez Coffea arabica : Identification de bases moléculaires

Genotype x environment interaction on the development of aromatic compounds in Coffea arabica : Identification of molecular bases

• Auteur / Autrice : Lison Marie
• Direction : Benoît Georges Bertrand, Jean-Christophe Breitler, Claudine Campa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et amélioration des plantes
• Date : Soutenance le 21/06/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Diversité et Adaptation et Développement des plantes (DIADE), Montpellier - Diversité et Adaptation et Développement des plantes (DIADE), Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Pascal Gantet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Georges Bertrand, Jean-Christophe Breitler, Claudine Campa, Pascal Gantet, Laurent Legendre, Catherine Renard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurent Legendre, Catherine Renard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aliments -- Odeurs

Coffea arabica

Génotype

Mots clés libres

Génotype

Environnement

Coffea Arabica

Qualité aromatique/organoleptique

Arômes/Saveurs/Parfums

Grain de café

Genotype

Environment

Coffea Arabica

Aromatic/Organoleptic quality

Flavors and Fragrances

Coffee beans

Résumé

Le genre Coffea comprend plus de 120 espèces dont seulement deux sont commercialisées pour leur café : Coffea canephora et Coffea arabica. L’espèce C. arabica L. est la plus cultivée à l’échelle planétaire. Constituée de nombreuses variétés obtenues par sélection à partir le 20ème siècle, elle donne un café fortement apprécié pour ses arômes et parfums. En Amérique Latine, premier centre de production mondiale, seuls quelques génotypes sont cultivés. Majoritairement sélectionnés pour leur résistance à la rouille orangée et pour une culture dense, en plein soleil et utilisatrice d’intrants, ces variétés fournissent des cafés relativement homogènes en notes aromatiques. Toutefois, le marché des ‘cafés de spécialité’, aujourd’hui en grande expansion, tente d’élargir cette gamme en offrant des cafés aux notes aromatiques variées. Le plus réputé, le café Geisha, est décrit comme ayant des saveurs fruitées et zestées, avec des notes florales, de jasmin et de pêche, lorsqu’il est cultivé aux plus hautes altitudes. Parfum, arôme et saveur de la boisson dépendent essentiellement de la composition du grain en composés, volatiles ou non. Même si chaque étape de l’obtention du café, de la torréfaction à la dégustation, contribue au réarrangement de ces composés entre eux, leur teneur initiale dans le grain est primordiale. L’objectif de ce travail est de contribuer à la compréhension des mécanismes liés à l’élaboration de la qualité aromatique, en particulier associée aux notes fruitées et florales, du grain de café vert chez Coffea arabica. Il cible l’étude des interactions génotypes x environnements sur les dernières étapes de maturation du fruit, de manière à identifier des déterminants environnementaux, génétiques et moléculaires qui conduisent au développement d’arômes et de saveurs de haute qualité aromatique. Trois essais génotype x environnement différents ont été menés et analysés sous le prisme de la qualité aromatique, aux travers d’analyses biochimiques, transcriptomiques et sensorielles. La mise en relation des résultats des différents essais a permis tout d’abord de montrer l’influence de différents facteurs environnementaux (altitudes, ombrage, température) sur le développement des arômes. Ensuite, ce travail a permis de mettre en évidence différents monoterpènes pouvant jouer un rôle dans la différenciation aromatique, et en particulier le rôle du limonène. Enfin, l’isolement d’un gène impliqué dans la biosynthèse du limonène et son expression transitoire dans N. benthamiana ont permis de caractériser fonctionnellement l’enzyme pour laquelle il code et de démontrer que la régulation transcriptionnelle de ce gène varie en fonction de la température. L’ensemble de ces résultats confirme l’impact de l’environnement sur la qualité de la boisson obtenue à partir d’un génotype particulier et met en évidence des marqueurs potentiels de la qualité aromatique.

Only two coffee species are marketed in a genus comprising more than 120 species: Coffea canephora and Coffea arabica. The species C. arabica L. is the most widely cultivated worldwide. Made up of numerous varieties obtained by selection from the 20th century onwards, it gives a coffee that is highly appreciated for its aromas and flavors. In Latin America, the world's largest production center, only a few genotypes are cultivated. Mostly selected for their resistance to coffee leaf rust and for their adaptation to intensive and chemical input-intensive cropping systems, these varieties produce coffees with relatively homogeneous aromatic notes. However, the growing 'specialty coffee' market is attempting to expand this range by offering coffees with a variety of aromatic notes. The most famous, Geisha coffee, is described as having fruity and zesty flavors, with floral, jasmine and peach notes, when grown at the highest elevations. The fragrance, aroma and flavor of the drink depend mainly on the volatile and non-volatile compounds bean composition. Although each stage in the coffee production process, from roasting to tasting, contributes to the rearrangement of these compounds, their initial content in the bean is essential. The objective of this work is to contribute to the understanding of the mechanisms related to the development of the aromatic quality, in particular associated with fruity and floral notes, of the green coffee bean in Coffea arabica. It focuses on the study of genotype x environment interactions in the later stages of fruit ripening, in order to identify environmental, genetic and molecular determinants that lead to the development of high quality aromas and flavors. Three different genotype x environment trials were conducted and analysed for aroma quality through biochemical, transcriptomic and sensory analyses. The results of the different trials were compared to show the influence of different environmental factors (elevation, shade, temperature) on the development of aromas. Secondly, this work enabled the identification of different monoterpenes that could play a role in aromatic differentiation, and in particular the role of limonene. Finally, the transient expression of a terpene synthase in N. benthamiana made it possible to functionally characterise this enzyme as a limonene synthase and to demonstrate that the transcriptional regulation of this gene varies according to temperature. All these results confirm the impact of the environment on the quality of the beverage obtained from a particular genotype and highlight potential markers of aromatic quality.