Amélioration de la qualité des agrumes

Amélioration de la qualité des agrumes

Importance des caroténoïdes dans la qualité des agrumes

Les caroténoïdes constituent l’une des classes les plus importante de pigments végétaux (les autres grandes classes étant les chlorophylles, les anthocyanes et les bétalaïnes). Les agrumes sont particulièrement riches en caroténoïdes et ils présentent des compositions complexes en ces composés : plus de 100 molécules de caroténoïdes différentes ont été isolées chez les agrumes (GROSS, 1987). Ce sont des constituants majeurs de la qualité organoleptique et nutritionnelle des agrumes.

Catabolisme des caroténoïdes

Les caroténoïdes sont dégradés par deux types de réaction : les réactions catalysées par des enzymes (NCED, CCD) et les réactions non enzymatiques (lumière, oxydation). Les teneurs en caroténoïdes déterminées à un temps donné correspondent au bilan entre la synthèse et le catabolisme. Synthèse et dégradation sont contrôlés pour maintenir certaines teneurs en caroténoïdes dans les tissus des plantes. La connaissance des réactions de dégradation des caroténoïdes est nécessaire pour l’étude des mécanismes de régulation des compositions en caroténoïdes des fruits d’agrumes. Les caroténoïdes sont métabolisés en apocaroténoïdes qui jouent un rôle important dans la régulation de l’expression des gènes et l’adaptation des plantes à leur environnement. Les produits de dégradation sont des phytohormones, des composés de défense de la plante et des composés aromatiques.

Rôle du polymorphisme entre les différents allèles (modification de l’expression du gène, modification de la séquence protéique)

La diversité des formes alléliques des gènes de biosynthèse des caroténoïdes peut avoir deux implications majeures Les mutations peuvent affecter la régulation de l’expression du gène. Elles peuvent également conduire à la formation d’une enzyme à l’activité spécifique modifiée, voire non fonctionnelle. Nous détaillerons les études ayant isolé diverses formes alléliques impliquées dans de telles modifications en prenant d’abord l’exemple de la tomate,espèce chez laquelle de nombreux mutants sont disponibles. Nous ferons ensuite un bilan sur les travaux effectués sur les agrumes qui apportent des connaissances sur la diversité allélique des gènes de biosynthèse des caroténoïdes.

Table des matières

>I. INTRODUCTION
I.1. AVANT-PROPOS
I.1.1. Importance économique des agrumes
I.1.1.1. La production mondiale d’agrumes et les quatre grands bassins
producteurs
I.1.1.2. Les spécificités des grandes zones de production et les enjeux pour le commerce des agrumes
I.1.2. Amélioration de la qualité des agrumes
I.1.2.1. Les composantes de la qualité
I.1.2.2. Les programmes de création variétale
I.1.3. Importance des caroténoïdes dans la qualité des agrumes
I.1.3.1. les caroténoïdes, déterminants majeurs de la couleur des fruits
I.1.3.2. Les caroténoïdes, micronutriments participant à diverses fonctions
biologiques
I.2. ETAT DES LIEUX DES CONNAISSANCES
I.2.1. Diversité génétique des agrumes cultivés
I.2.1.1. Classification des agrumes
I.2.1.2. Utilisation des marqueurs biochimiques et moléculaires
I.2.1.3. Relations phylogénétiques entre les huit espèces cultivées d’agrumes
I.2.1.4. Origine de la diversification intraspécifique
I.2.2. Les caroténoïdes chez les plantes supérieures et les agrumes
I.2.2.1. Localisation, rôle
I.2.2.2. Propriétés physicochimiques des caroténoïdes, incidence sur les méthodes d’analyse
I.2.2.3. Compositions en caroténoïdes des agrumes et facteurs de variation
I.2.2.3.1. Développement des fruits et maturation
I.2.2.3.2. Compositions en caroténoïdes dans la pulpe des fruits
I.2.3. Biosynthèse des caroténoïdes
I.2.3.1. Biosynthèse des précurseurs
I.2.3.1.1. La voie du mévalonate
I.2.3.1.2. La voie du méthylérythritol phosphate (MEP)
I.2.3.1.3. Du diphosphate d’isopentényle au diphosphate de géranylgéranyle
I.2.3.2. Gènes et enzymes de la voie de biosynthèse des caroténoïdes
I.2.3.2.1. Gène codant pour la phytoène synthétase (PSY)
I.2.3.2.2. Gènes codant pour la phytoène désaturase (PDS) et la ζ-carotène
désaturase (ZDS)
I.2.3.2.3 Gène codant pour la caroténoïde isomérase (CRTISO)
I.2.3.2.4. Gènes codant pour la lycopène β-cyclase (LCY-b) et la lycopène εcyclase (LCY-e)
I.2.3.2.5 Gènes codant pour la β-carotène hydroxylase (HY-b) et la ε-carotène
hydroxylase (HY-e)
I.2.3.2.6. Gène codant pour la zéaxanthine époxydase (ZEP)
I.2.3.2.7. Gène codant pour la néoxanthine synthétase (NSY)
I.2.3.3. Catabolisme des caroténoïdes
I.2.3.3.1. Réactions enzymatiques
I.2.3.3.2. Autres dégradations
I.2.4 Mécanismes de régulation de l’accumulation des caroténoïdes dans les fruits et en particuliers dans les sacs à jus des fruits d’agrumes
I.2.4.1. Rôle de l’expression des gènes, régulation au niveau transcriptionnel
I.2.4.1.1. Expression des gènes de biosynthèse et relation avec les compositions en caroténoïdes des fruits et en particuliers des fruits d’agrumes
I.2.4.1.2. Expression des gènes responsables de la formation des précurseurs ou des gènes intervenant dans le catabolisme et relations avec les
compositions en caroténoïdes
I.2.4.2. Rôle du polymorphisme entre les différents allèles (modification de
l’expression du gène, modification de la séquence protéique)
I.2.4.3. Rôle des produits synthétisés (rétrocontrôles)
I.2.4.4. Rôle de la lumière et régulation au niveau transcriptionnel
I.2.4.5. Rôle des compartiments de stockage (chloroplastes, chromoplastes) et des protéines associées
I.3. PROBLEMATIQUE SCIENTIFIQUE ET OBJECTIFS
II. MATERIELS ET METHODES
II.1. ANALYSES DES CAROTENOÏDES
II.1.1. Matériel végétal
II.1.2. Analyse des caroténoïdes par HPLC
II.1.2.1. Extraction-saponification des caroténoïdes des fruits
II.1.2.2. Analyses chromatographiques ; identification et quantification des
molécules
II.2. ANALYSES RFLP
II.2.1. Matériel végétal
II.2.2. Préparation des membranes
II.2.3. Préparation des sondes
II.2.4. Hybridation des membranes
II.2.5. Vérification de la présence de sites de restriction dans les séquences des sondes
II.3. ANALYSES SSR
II.3.1. Matériel végétal
II.3.2. Amplification des motifs microsatellites et migration sur gel de polyacrylamide
II.4 CLONAGES ET SEQUENÇAGES
II.4.1. Matériels
II.4.2. Amplification par PCR des fragments à cloner
II.4.3. Clonage des fragments purifiés
II.4.4. Extraction des plasmides et vérification de l’identité des fragments clonés par PCR
II.5. DIVERSITE ALLELIQUE DU GENE Lcy-b, ANALYSES DHPLC
II.6. PCR EN TEMPS REEL
II.6.1 Matériel végétal
II.6.2. Définition des amorces
II.6.3. Quantification des ARN totaux
II.6.4. Réaction de PCR en temps réel
II.6.5. Quantification relative des ARNm
II.7. ANALYSES STATISTIQUES
II.7.1. Analyse de variance
II.7.2. Classification automatique
II.7.3. Analyse en composantes principales
III. RESULTATS ET DISCUSSION
III.1. STRUCTURATION DE LA DIVERSITE PHENOTYPIQUE EN RELATION
AVEC L’HISTOIRE DES AGRUMES
III.1.1. Résumé
III.1.2. Article
III.2. ORIGINE DE LA DIFFERENCIATION PHENOTYPIQUE INTERSPECIFIQUE, ORIGINE PHYLOGENETIQUE DES GENES DE LA CHAINE DE BIOSYNTHESE, ROLE DE L’EXPRESSION DES GENES
III.2.1. Origine phylogénétique des gènes de la voie de biosynthèse des caroténoïdes
III.2.1.1. Résumé
III.2.1.2. Article
III.2.2.Diversité allélique du gène Lcy-b
III.2.2.1. Introduction
III.2.2.2. Résultats et discussion
III.2.2.2.1. Analyse de la diversité du gène Lcy-b par DHPLC
III.2.2.2.2. Variabilité de séquence entre les taxons de base et structure allélique de l’oranger
III.2.3. Rôle du niveau d’expression de sept gènes de biosynthèse dans la diversité des compositions en caroténoïdes au niveau interspécifique, exemple de C. sinensis,C. limon et C. maxima
III.2.3.1. Introduction
III.2.3.2. Résultats et discussion
III.2.3.2.1. Diversité des compositions en caroténoïdes des jus de trois variétés représentant trois espèces d’agrumes
III.2.3.2.2. Expression de sept gènes de biosynthèse dans les sacs à jus de trois variétés représentant trois espèces d’agrumes
III.2.3.2.3. Relations entre le niveau d’expression de sept gènes et la diversité des compositions en caroténoïdes au niveau interspécifique
III.3. ORIGINE DE LA DIFFERENCIATION PHENOTYPIQUE INTRASPECIFIQUE, ROLE DE L’EXPRESSION DES GENES DE BIOSYNTHESE DES CAROTENOIDES
III.3.1. Rôle de l’expression des gènes de biosynthèse des caroténoïdes
III.3.1.1. Résumé
III.3.1.2. Article
III.3.2. Diversité allélique du gène Lcy-b chez quatre variétés d’orange
III.3.2.1. Introduction
III.3.2.2. Résultats et Discussion
III.3.2.2.1. Clonage et séquençage du gène Lcy-b chez quatre oranges
III.3.2.2.2. Discussion des relations diversité allélique du gène Lcy-b chez les oranges et compositions en caroténoïdes
IV. DISCUSSION GENERALE ET PERSPECTIVES
IV.1 DISCUSSION GENERALE
IV.1.1. Structuration de la diversité des compositions en caroténoïdes dans les jus des agrumes cultivés
IV.1.1.1. Rôle du facteur génétique
IV.1.1.2. Relation entre diversité des profils en caroténoïdes et diversité
génétique des agrumes cultivés, hypothèse sur les liens ente le processus
de diversification phénotypique et l’évolution des agrumes cultivés
IV.1.1.3. Relations entre les profils en caroténoïdes et les étapes de la voie de biosynthèse, hypothèse sur les étapes clés et leurs régulations
IV.1.2. Diversité phylogénétique des principaux gènes de la voie de biosynthèse des caroténoïdes
IV.1.2.1. Nombre de copies de sept gènes de la voie de biosynthèse des caroténoïdes
IV.1.2.2. Cohérence entre les relations phylogénétiques inférées pour ces sept gènes et les hypothèses sur l’origine des espèces d’agrumes cultivées
IV.1.2.3. Relations entre la diversité phylogénétique pour ces sept gènes et la diversité phénotypique au niveau interspécifique
IV.1.3. Diversité d’expression des gènes de la voie du MEP et de la voie de biosynthèse des caroténoïdes
IV.1.3.1. Relations expression des gènes et différentiation phénotypique
intraspécifique, exemple des oranges
IV.1.3.2. Relations expression des gènes et phénotypes au niveau interspécifique,exemple d’une orange, d’un citron et d’un pamplemousse
IV.2. CONCLUSION ET PERSPECTIVES
V. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
VI. ANNEXES<

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