Identifier les déterminants des critères de qualité limitant la commercialisation des nouvelles variétés de bananes par une approche combinant génétique, métabolomique et physiologie.

Identify the determinants of physiological alterations limiting themarketability of new banana varieties. Combined genetic, metabolomic andphysiological approaches

• Auteur / Autrice : Margot Aresi
• Direction : Angélique D'Hont, Mathieu Lechaudel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : BIDAP-Biologie et Amélioration des plantes
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2023
• Etablissement(s) : Institut Agro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AGAP Institut, Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes
• Partenaire(s) de recherche : École d’inscription : L'Institut Agro Montpellier (2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Détection QTL

Métabolomique

Qualité fonctionnelle

Banane

Sélection variétale

QTL mapping

Metabolomic

Post-harvest disorders

Banana

Plant breeding

Résumé

Dans le cadre du développement de systèmes de production agroécologiques à base de bananiers, l'intégration de variétés naturellement tolérantes aux pathogènes et bioagresseurs est une pratique envisagée. De plus, parmi les causes de pertes majeures au niveau du marché de la banane dessert, on retrouve les dégradations physiologiques à la récolte ou en post-récolte, comme par exemple les éclatements, la frisure, le dégrain, ou les brunissements suite à des manipulations ou des chocs. Un des freins au développement commercial de ces nouvelles variétés de banane est le manque de connaissances sur les déterminants des critères de qualité fonctionnelle, en particulier certaines altérations physiologiques caractérisées par un brunissement. L'identification de marqueurs génétiques, métaboliques et physiologiques de ces altérations apporterait des éléments pour alimenter les stratégies de croisement et de sélection au niveau de la Plateforme d'Amélioration Variétale du bananier en Guadeloupe et la conception de solutions techniques post-récolte robustes et adaptées aux marchés. Le brunissement d'un tissu végétal, qu'il soit provoqué par un frottement ou un choc, semble être la conséquence d'une perte de cohésion cellulaire (Queiroz et al., 2008), dont l'intensité varie selon les variétés et les conditions d'humidité relative au cours de la maturation du fruit qui se déroule en partie lors de sa mise en marché. La maturation du fruit est un processus au cours duquel l'intégrité de la paroi cellulaire évolue et s'accompagne d'une dégradation du ciment pectocellulosique (Amnuaysini et al., 2012) sous l'action de différentes enzymes (Asif et al., 2014) et de l'hydrolyse des polysaccharides par des radicaux libres (Airianah et al. 2016). Cette perte d'intégrité de la paroi cellulaire entraine l'apparition de composés bruns. Les premières connaissances sur le contrôle génétique de critères de qualité chez la banane ont été acquises récemment dans une thèse par une approche d'identification de QTLs liés à la qualité organoleptique dans une population d'étude diploïde (Biabiany et al., 2021). Il n'existe pas à ce jour d'étude combinant génomique et métabolomique sur le brunissement chez la banane. En revanche, chez d'autres fruits, comme la pomme, où ce phénomène a des caractéristiques semblables, de telles études ont été réalisées et nous donnent des pistes de recherche pour mieux comprendre le contrôle physiologique de cette altération (Di Guardo et al., 2013 ; Wang et al., 2021). Nous proposons d'identifier quels sont les marqueurs génétiques, métaboliques et physiologiques des altérations de la peau de banane qui conduisent au brunissement du fruit lors de sa commercialisation. Pour cela, nous faisons l'hypothèse que : - l'évolution au cours de la maturation du fruit des métabolites impliqués dans le brunissement et le statut oxydatif de la peau est sous le contrôle du facteur génétique ; - l'intégrité des parois cellulaires, modulée par les conditions post-récolte (température, humidité) et des actions mécaniques externes, est fragilisée en réponse à l'évolution de l'équilibre entre radicaux libres et le système antioxydant qui impacte les polysaccharides pariétaux ; - l'identification de marqueurs génétiques pour ces critères de qualité dans une population d'hybrides triploïdes est transposable pour l'amélioration parentale. L'objectif global est d'améliorer les connaissances sur le rôle des facteurs propres au fonctionnement du fruit en post-récolte et du patrimoine génétique sur l'intensité des altérations physiologiques impactant la commercialisation des bananes. Cet objectif se décline en quatre sous-objectifs opérationnels : 1. analyser l'évolution de métabolites impliqués dans le brunissement de la peau d'une descendance d'hybrides triploïdes issue du croisement Pisang Madu 4x x Galéo 2x ayant des traits de qualité contrastés ; 2. étudier simultanément la variation de la composition en polysaccharides pariétaux, antioxydants et radicaux libres, dans différentes conditions de conservation et commercialisation (température, humidité) ; 3. identifier les régions génomiques impliquées dans la variabilité des critères étudiés (QTLs) par un scan génomique sur la population d'hybrides triploïdes ; 4. étudier la robustesse des marqueurs génétiques dans une population d'étude diploïde. Cette démarche est originale car elle s'appuie sur une approche pluridisciplinaire, faisant intervenir génétique, métabolomique et physiologie de la qualité du fruit sous l'influence de facteurs environnementaux post-récolte. Cette acquisition de connaissances sur les mécanismes sous-jaçents à l'élaboration des critères de qualité fonctionnelle des bananes alimentera à la fois la plateforme d'amélioration variétale du bananier en Guadeloupe (UMR AGAP) et la conception de technologies post-récolte innovantes, robustes et adaptées à la variété commercialisée (UMR QualiSud).

Fruit quality traits are directly linked to fruit behavior during marketing and consumer acceptability, and are thus key targets for banana breeding programs. Varietal improvement is a potential lever to maintain the world production of bananas by developing varieties resistant to biotic and abiotic stresses. Actually, the most commercialized varieties belong to an extremely narrow genetic base that makes the whole banana production vulnerable and these clones propagated through vegetative methods are particularly susceptible to diseases, pests, and current ecological changes. However, the difficulty to create and select a hybrid combining a large number of criteria, such as functional quality, diseases resistance and productivity currently hampers the adoption of new banana varieties. The lack of knowledge on the genetic determinism of the targeted traits, especially quality one, is a major banana breeding constraint. Very rare QTL or GWAS studies have been performed so far in banana. Moreover, metabolic and physiological markers of the banana peel alterations leading to browning that halts the commercial development of new hybrids were no identified. In this context, the objective of this project is to improve knowledge on the genetic, metabolic and physiological determinism involved in these peel alterations that depreciate the functional quality criteria. The first part of this phD project will consist in detecting molecular markers of these quality traits on a segregating population of triploid hybrids obtained from a cross between diploid and doubled-diploid parents. Then, the promising markers detected for these criteria will be evaluated in the triploid segregating progenies of a large genetic background from the 10 last year crosses between diploids and doubled-diploids that have been genotyped. The promised markers can also be confirmed on a reduce number of progenies that have been genotyped and phenotyped for the quality traits and coming from another genetic background than the studied population, allowing to envisage MAS selection. The second part of this project was to better understand the role of factors specific to the physiology and metabolic changes of this fruit during ripening and the post-harvest environmental conditions on the loss of cell wall integrity and the intensity of peel alterations impacting the marketing of bananas. These advancements would provide elements to the design of robust post-harvest technical solutions to improve commercial quality in relation to the demand of markets and to the Banana Variety Improvement Program by adapting crossing and selection.