Etudes des mécanismes moléculaires impliqués dans la dormance en réponse à la température chez le cerisier doux (Prunus avium. L)

Molecular mechanisms involved in dormancy in response to temperature in sweet cherry (Prunus avium L.)

• Auteur / Autrice : Mathieu Fouché
• Direction : Bénédicte Wenden
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 13/12/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie du fruit et pathologie
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Joubès
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Chuine, Annie Marion-Poll, Fernando Andres Lalaguna, Yann Vitasse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Chuine, Annie Marion-Poll

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dormance

Merisier

Phénologie

Effets du réchauffement de la Terre

Arbres fruitiers -- Variétés

Génomique

Mots clés libres

Génomique

Espèce fruitière

Changement climatique

Phénologie

Climate change

Fruit tree

Genomics

Phenology

Résumé

Selon le dernier sixième rapport du GIEC, la température moyenne sur Terre a déjà augmenté d'au moins 1,5 °C et cette tendance devrait se confirmer au cours des prochaines décennies si les activités humaines continuent de générer des émissions de gaz à effet de serre. En particulier, le réchauffement climatique semble devenir une menace importante pour les arbres fruitiers tels que le cerisier doux (Prunus avium L.). Les conséquences sur la phénologie du cerisier doux ont déjà été observées, notamment une avancée des dates de floraison entraînant un risque plus élevé de dommages par le gel tardif du printemps. De plus, les hivers doux et fréquents réduisent l'accumulation de froid avec diverses conséquences telles que les défauts de bourgeons; nécroses et retards de débourrement, entraînant d'importantes pertes économiques. Tous ces impacts du réchauffement climatique peuvent être liés à la période de repos en hiver aussi appelée dormance, qui est essentielle dans le cycle saisonnier pour assurer une floraison abondante et de qualité permettant le succès reproducteur des arbres fruitiers et donc la production de fruits. La dormance est une phase où la croissance des plantes s'arrête afin de protéger les tissus fragiles des conditions défavorables de l'hiver froid. Dans ce contexte, il est essentiel d'inclure la réponse à la température dans les programmes de sélection afin de créer de nouvelles variétés mieux adaptées aux conditions climatiques futures. Dans ce contexte, il est nécessaire de mieux caractériser les acteurs moléculaires impliqués dans la progression de la dormance du cerisier doux en réponse à la température. Par conséquent, l'objectif principal de ce projet de thèse était d'étudier comment les conditions environnementales (température et photopériode) pourraient réguler la dormance du cerisier doux et d'identifier les mécanismes moléculaires contrôlant la progression de la dormance et la réponse à la température.La première partie de ce travail a porté sur la caractérisation physiologique de la dormance du cerisier doux dans des conditions naturelles. Une meilleure compréhension et une meilleure description de la progression de la dormance ont été établies à partir d'expériences de forçage complémentaires sur des rameaux et des bourgeons floraux isolés donnant des informations robustes sur la capacité à répondre à la température. De plus, la capacité de transport a été étudié pendant la dormance des bourgeons ce qui a permis de mieux définir le moment de l'entrée en dormance et de mettre en évidence des gènes clés impliqués dans la régulation de la capacité de transport au cours de la dormance.La deuxième partie de ce travail a consisté à caractériser la réponse moléculaire aux contraintes environnementales pendant la dormance et comment la température peut influencer l'expression des gènes avec des conséquences sur les stades phénologiques du cerisier doux, tels que la sénescence et la date de floraison. Une étude transcriptomique, à partir de données RNA-seq mensuelles au cours de la dormance sous privation de froid a mis en évidence des gènes candidats clés impliqués dans les voies biologiques régulant la progression de la dormance. Les résultats ont permis de mieux comprendre comment la température peut réguler l'expression des gènes candidats contrôlant la progression de la dormance.Tous les gènes candidats et les voies de signalisation identifiés dans ce projet peuvent être inclus comme de nouvelles cibles dans les programmes de sélection assistée par marqueurs afin de créer des variétés mieux adaptées aux changements climatiques futurs. Ces nouvelles données et hypothèses peuvent également être intégrées dans de nouveaux modèles de phénologie moléculaire pour prédire la phénologie du cerisier doux dans de futurs scénarios climatiques et fournir des informations cruciales pour anticiper les risques et les opportunités pour la production fruitière.

According to the last 6th IPCC report, the average temperature on Earth have already increased by at least 1.5 °C and this trend is expected to fasten in the next decades if human activities continue to generate greenhouse gas emission. In particular, global warming appears to become an important threat for fruit tree production such as sweet cherry (Prunus avium L.). Consequences on sweet cherry phenology have been already recorded, including an advance of flowering dates leading to a higher risk of damages by late spring frost. In addition, frequent mild winters reduce cold accumulation with various consequences such as bud defaults; necrosis and bud burst delays, leading to important economic losses. all these impacts of global warming can be linked to the wintering period also called dormancy, which is essential in the seasonal cycle to ensure an abundant and quality blooming allowing the reproductive success of fruit tree species and therefore fruit production. Dormancy is a phase when plant growth stops in order to protect fragile tissues from the unfavorable conditions of cold winter period. In this context, it is essential to include the response to temperature into breeding programs to create new cultivars well adapted to future climatic conditions. With this purpose, it is necessary to better characterize the molecular actors involved in the sweet cherry dormancy progression in response to temperature. Therefore, the main objective of this thesis project was to investigate how environmental conditions (temperature and photoperiod) could regulate sweet cherry dormancy and to identify the molecular mechanisms controlling dormancy progression and the response to temperature.The first part of this work proposed a physiological characterization of sweet cherry dormancy under natural conditions. A better understanding and description of the dormancy progression were established from complementary forcing experiments on both twigs and isolated flower buds giving reliable information of the capacity to respond to temperature. In addition, we studied transport capacity during bud dormancy. We could better define the timing of dormancy onset and we highlighted key genes involved in transport capacity regulation during each dormancy stages.The second part of this work was to characterize the molecular response to environmental constraints during dormancy and how temperature can influence gene expression with consequences on sweet cherry phenology stages, such as senescence and flowering date. Using RNA-seq on samples covering the entire dormancy under cold deprivation, this study highlighted key candidate genes involved in biological pathways regulating dormancy progression. Results brought a deeper understanding on the candidate genes controlling dormancy progression and how temperature can regulate their expression.All candidate genes and signaling pathways identified in this project can be included as new targets in breeding programs for markers assisted selection in order to create cultivars well adapted to future climate change. These new data and hypotheses can be also integrated into new molecular-based phenology models to predict sweet cherry phenology under future climatic scenarios and provide crucial information to anticipate the risks and opportunities for fruit production.