Décryptage de l’empreinte métabolique des baies de raisin sous température élevée

Deciphering the metabolic fingerprint of grapevine berries under high temperature

• Auteur / Autrice : Xi Zhan
• Direction : David Lecourieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 08/12/2025
• 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 : Écophysiologie et génomique fonctionnelle de la vigne (Villenave d'Ornon, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Marie-France Corio-Costet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bertrand Gakière, Kentaro Mori
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marielle Adrian, Nathalie Vaillant-Gaveau
• DOI : 10.70675/02e4714cz2b8ez4cb5z9850z30eb19d270f8

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vigne

Effets du réchauffement de la Terre

Oxydoréduction

Plantes -- Métabolites

CRISPR-Cas9

Mots clés libres

Vigne

Raisins

Température élevée

Balance Redox

Changement climatique

Grapevine

Grape fruits

High temperature

ROS

Redox

Climate change

Résumé

Ce travail, mené au sein de l’UMR EGFV (équipe QualyGrapE), vise à élucider les ajustements métaboliques permettant aux baies de répondre à des températures élevées (HT). Initialement centré sur l’étude de l’équilibre rédox des baies en condition de chaleur, le projet a ensuite été réorienté vers une caractérisation métabolique plus large, en raison à la fois de limitations techniques liées aux dosages enzymatiques dans les baies et de la complexité intrinsèque de la caractérisation fonctionnelle des gènes chez la vigne. Ces contraintes expérimentales ont toutefois ouvert une perspective plus intégrative pour ma thèse: les métabolites constituant le lien entre le génotype et le phénotype, ils déterminent non seulement les attributs de qualité des baies tels que la couleur, la saveur et l’arôme, mais jouent également un rôle direct dans la protection contre le stress. Par conséquent, le profilage métabolique s’est révélé être une approche intégrative et biologiquement pertinente pour explorer les ajustements métaboliques mis en oeuvre par les baies de raisin en réponse à des températures élevées. La recherche se compose de quatre volets principaux. Le premier compare le Cabernet-Sauvignon et le Merlot, deux cépages différant par leur thermosensibilité supposée, avec un accent particulier sur la composition polyphénolique. Grâce à des analyses ciblées par LC-MS à différents stades de développement, un profil polyphénolique détaillé de ces deux cépages a été établi sous diverses durées d’exposition à la chaleur. Le deuxième volet élargit cette comparaison à l’aide d’approches métabolomiques non ciblées (LC-MS) et ciblées (GC-MS), couvrant un large éventail de métabolites primaires et secondaires, et permettant d’identifier des marqueurs métaboliques robustes associés à l’exposition thermique au stade herbacé. Le troisième volet présente des résultats préliminaires obtenus par LC-MS non ciblée au stade de la maturation. Enfin, le dernier volet explore de manière préliminaire la caractérisation fonctionnelle d’un gène codant une peroxydase, potentiellement impliqué dans la régulation rédox et la dégradation des anthocyanes sous stress thermique. Une stratégie basée sur le système CRISPR-Cas9 a été développée afin de générer des lignées de microvigne transgéniques stables pour l’analyse fonctionnelle. Dans leur ensemble, ces travaux apportent de nouveaux éclairages sur le remodelage métabolique des baies de vigne en conditions de température élevée et mettent en évidence à la fois des réponses communes et différentes selon les cépages. Les marqueurs métaboliques identifiés offrent des pistes prometteuses pour le développement de stratégies viticoles et de programmes de sélection visant à améliorer la résilience thermique de la vigne.

This work, conducted within the UMR EGFV (QualyGrapE team), aims to elucidate the metabolic adjustments that enable berries to respond to high temperatures (HT). Initially focused on berry redox balance under HT, the study was subsequently reoriented toward a broader metabolic characterization due to both technical limitations in berry enzymatic assays and the inherent complexity of functional characterization of genes in grapevine. These experimental constraints, however, opened a more integrative perspective for my PhD project: since metabolites act as the bridge between genotype and phenotype, they not only determine fruit quality attributes such as color, flavor, and aroma, but also play direct roles in stress protection. Consequently, metabolite profiling emerged as a powerful and biologically meaningful approach to investigate how grape berries adjust their metabolism to face HT. The research comprises four main parts. The first part compares Cabernet-Sauvignon and Merlot, two cultivars differing in their putative thermosensitivity, with a focus on polyphenolic compositions. Using targeted LC-MS analyses at distinct developmental stages, we established a detailed polyphenolic profile of both cultivars under varying HT durations. The second part expands this comparison through untargeted LC-MS and targeted GC-MS metabolomic approaches, capturing a broad range of primary and secondary metabolites and enabling the identification of robust metabolite markers associated with heat exposure at the herbaceous stage. The third part presents preliminary untargeted LC-MS results obtained at the ripening stage. Finally, the study tentatively explores the functional characterization of a peroxidase gene potentially involved in redox regulation and anthocyanin degradation under HT. A CRISPR-Cas9-based strategy was developed to generate stable transgenic microvine lines for functional analysis. Together, our findings provide new insights into the metabolic remodeling of grape berries under high temperature and highlight both common and cultivar-dependent responses. The identified metabolite markers offer valuable leads for developing viticultural strategies and breeding programs aimed at improving heat resilience in grapevine.