Titre : La sélection génomique appliquée à l’espèce Vitis vinifera L. subsp. vinifera, évaluation et utilisation

Auteur : Agota Fodor

Résumé : L’ambition de cette thèse était de proposer un nouvel élan pour la création variétale chez la vigne, incluant les connaissances et les derniers outils de la recherche. En effet, la viticulture française comme d’autres filières agricoles doit aujourd’hui faire face à 3 grands défis: la réduction des intrants phytosanitaires (plan Ecophyto 2018), les changements climatiques, et de nouveaux concurrents, notamment les pays du Nouveau Monde. La création variétale, qui a été peu exploitée chez la vigne, peut être une des solutions pour répondre à ces défis. S’appuyant sur un génotypage dense, plusieurs outils et concepts innovants – réunis sous le terme de sélection génomique (GS) – ont vu le jour ces dernières années en sélection animale, qui permettent de prédire les phénotypes des individus seulement génotypés. Afin d’atteindre notre but, nous avons évalué et comparé l’efficacité de la GS et de la sélection assistée par marqueur (SAM)  » classique « , basée sur la génétique d’association  » genome-wide  » (GWAS) chez la vigne. Le potentiel théorique des deux méthodes a été évalué dans une étude de simulation, puis sur des données réelles. Nous montrons que la GS est plus pertinente que la SAM  » classique  » pour prédire les phénotypes et ce pour des caractères complexes et / ou structurés. Cependant la GS couplée aux résultats issus de la GWAS semble être une méthode intéressante lorsque le marquage moléculaire est non limitant. Finalement, nous discutons des conditions d’utilisation de la GS en termes économiques et d’efficacité au cours du temps. Nous proposons trois scénarios fonction de l’investissement de départ et des besoins en termes de création variétale.

Ecole : Ecole nationale superieure agronomique de montpellier – AGRO M

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Titre : Déterminismes physiologique et génétique de l’utilisation de l’eau chez la vigne

Auteur : Aude Coupel-Ledru

Résumé : La raréfaction des ressources en eau associée au changement climatique menace particulièrement la durabilité de la viticulture en climat Méditerranéen. Pour y faire face, la création ou le choix de cépages économes en eau et suffisamment vigoureux en cas de déficit hydrique se présente comme un levier important. Une compréhension approfondie des mécanismes qui gouvernent le maintien de l’état hydrique par la plante est indispensable pour avancer dans cette direction. Dans ce travail les déterminants génétiques et physiologiques de l’utilisation de l’eau ont été explorés chez la vigne. Une descendance F1, issue d’un croisement entre les cépages Syrah et Grenache, a été soumise à deux scénarios hydriques dans des pots (bonne irrigation et déficit modéré) en combinant de nouveaux outils de phénotypage, une démarche de génétique quantitative (pour la détection de QTLs) et des approches physiologiques. L’analyse de l’architecture génétique du maintien du potentiel hydrique par la plante, plus ou moins efficace en cas de déficit hydrique (i.e. iso- ou aniso-hydrique), a révélé un double déterminisme, impliquant non seulement la régulation stomatique de la transpiration mais également le maintien de la conductance hydraulique à travers la plante. Nous avons démontré l’existence d’une action indirecte de l’acide abscissique sur la fermeture stomatique à travers une diminution de la conductance hydraulique dans la feuille avec une variabilité génétique reliée aux comportements iso- ou aniso-hydriques. Par ailleurs, nous avons mis en évidence une variabilité génétique importante de la transpiration nocturne, liée à celle de l’efficience d’utilisation de l’eau, avec des déterminants génétiques et physiologiques que nous avons identifiés. Au-delà de l’utilité des QTLs détectés pour l’amélioration variétale, les résultats originaux de ce travail démontrent l’intérêt de la génétique quantitative pour progresser dans la compréhension de mécanismes physiologiques.

Ecole : Institut National d’Etudes Supérieures Agronomiques de Montpellier

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Titre : Etude des transferts élémentaires et mécanismes biogéochimiques dans le continuum sol-plante-vin par l’utilisation de traceurs isotopiques et biochimiques

Auteur : Simon Blotevogel

Résumé :Dans l’ouest de l’Europe, une grande importance est accordée à la composante sol dans l’élaboration des vins. La nutrition minérale est la principale voie par laquelle le sol peut avoir une influence sur la vigne et par conséquent sur le vin qui en est issu. Dès lors, ce travail de thèse appréhende la question plus large des transferts élémentaires entre le sol et la plante à travers de l’utilisation d’outils géochimiques en milieu viticole. Une combinaison de techniques impliquant des indicateurs classiques tels que les rapports élémentaires ou des bilans de masses ainsi que des traceurs plus innovants comme les rapports isotopiques du Cu et la résonance paramagnétique électronique (RPE) est utilisée. Dans un premier temps, l’influence du sol sur la composition élémentaire du vin a été étudiée dans plus que 200 vins provenant d’Allemagne, d’Espagne, de France, et d’Italie. A cette échelle, le type de sol (classé comme calcaire ou non-calcaire) et les conditions météorologiques apparaissent comme des critères discriminants. Par la suite, deux parcelles viticoles de Soave (Italie) aux sols contrastés ont été étudiées afin de d´déterminer l’influence du type du sol sur les vignes. Même si les sols présentent des propriétés pédologiques différentes, une pédogénèse complexe a induit des propriétés géochimiques similaires. Dans les vignes, les traceurs élémentaires et biochimiques montrent que la variabilité inter-annuelle et inter-individuelle est plus grande que la différence liée au sol lui-même. Néanmoins, il est possible de déterminer quel est le sol considéré par l’étude des rapports isotopiques du Sr. Parmi tous les nutriments et éléments toxiques généralement étudiés pour leur mobilité dans les sols, le cuivre a été suivi dans la dernière partie de cette thèse, essentiellement du fait de son épandage toujours massif comme fongicide en viticulture. En effet, les pesticides cupriques comme la bouillie bordelaise sont utilisés depuis environ 150 ans en viticulture. Le Cu s’accumule d`es lors dans les sols et les conséquences ´ecotoxicologiques en font un sujet de plus en plus sensible. Parmi les pesticides analysés dans notre étude, les rapports isotopiques du Cu varient autant entre les différents fongicides que dans les sols étudiés dans la littérature, rendant ainsi impossible l’utilisation de ces isotopes comme traceurs d’origine du Cu dans les sols. […]

Ecole : Université Paul Sabatier – Toulouse III

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Titre : Base génétique des caractères œnologiques chez des hybrides interspécifiques de Saccharomyces

Auteur : Rafael Álvarez

Résumé : La fermentation œnologique a été effectuée en utilisant Saccharomyces cerevisiae pendant des siècles. Cette espèce est la principale responsable de la production de vin, bière, cidre, saké et pain dans le monde entier, en tant qu’espèce pure ou en tant qu’hybride interspécifiques avec d’autres espèces Saccharomyces. Cependant, d’autres espèces de Saccharomyces ont montré un potentiel prometteur pour diversifier les propriétés organoleptiques du vin et relever les défis environnementaux auxquels l’industrie œnologique a été confrontée ces dernières années. Dans ce travail, nous avons cherché à donner une image globale de la diversité phénotypique du genre Saccharomyces pour la fermentation alcoolique en œnologie. Nous avons phénotypé 92 souches de levure appartenant à toutes les espèces Saccharomyces actuelles dans la fermentation du moût de raisin synthétique. Contrairement aux attentes, toutes les espèces de Saccharomyces ont fermenté efficacement dans les conditions utilisées. Remarquablement, certaines souches de S. kudriavzevii, S. arboricola et des hybrides interspécifiques Sc x Sk ont fermenté plus efficacement que les souches commerciales de S. cerevisiae utilisées. En ce qui concerne la production de métabolites, nous avons observé une forte variabilité intraspécifique pour certaines espèces. Plus intéressant encore, nous avons observé des spécificités au niveau de l’espèce : certains Saccharomyces non-cerevisiae ont produit des quantités élevées de composés industriellement pertinents tels que le glycérol, le succinate et les arômes fermentaires, ou des quantités extrêmement faibles d’acide acétique, par rapport à S. cerevisiae. Globalement, le potentiel des espèces de Saccharomyces alternatives à S. cerevisiae était plus élevé que prévu. Elles constituent une alternative prometteuse pour diversifier l’ensemble actuel de souches de levure disponibles sur le marché, soit en tant qu’espèces pures, soit après hybridation interspécifique. En raison de l’intérêt de ces phénotypes, nous avons ensuite cherché à déterminer leur base génétique via cartographie QTL chez des hybrides interspécifiques de Saccharomyces. Les hybrides entre différentes espèces de Saccharomyces peuvent être facilement obtenus en laboratoire grâce aux faibles barrières pré-zygotiques dans ce genre. Bien que viables, ces hybrides sont stériles, car la forte divergence génétique entre les chromosomes homologues empêche leur ségrégation correcte pendant la méiose. Cependant, les hybrides allotétraploïdes sont fertiles, car la recombinaison dans ces organismes a lieu entre les chromosomes de la même espèce, ce qui réduit la divergence de séquence et facilite la ségrégation correcte pendant la sporulation. Nous avons utilisé ce phénomène pour construire des hybrides S. uvarum x S. mikatae fertiles. Après le génotypage et le phénotypage de sa descendance F12 dans des conditions oenologiques, nous avons réalisé la toute première étude cartographique QTL sur des espèces de Saccharomyces non-cerevisiae. Nous avons trouvé plusieurs loci dans le sous-génome de S. uvarum affectant la production de métabolites du carbone central et, dans une moindre mesure, des arômes fermentaires et des paramètres cinétiques. La vérification de certains de ces gènes candidats fournira bientôt de nouveaux outils pour améliorer S. uvarum et ses hybrides dans un contexte œnologique. Globalement, cette étude a permis de découvrir le potentiel des espèces Saccharomyces autres que S. cerevisiae pour relever les défis actuels de l’industrie vinicole, en établissant des lignes d’action innovantes pour des recherches futures.

Ecole : Montpellier SupAgro

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Titre : Vers l’identification des mécanismes moléculaires impliqués dans la galloylation des proanthocyanidines chez la vigne

Auteur : Thibaut Bontpart

Résumé : Parmi les métabolites secondaires impliqués dans la qualité du raisin et du vin, les tanins condensés ou proanthocyanidines (PAs) jouent un rôle majeur, en particulier dans l’astringence et la stabilité de la couleur du vin. Ces molécules sont également impliquées dans la défense des plantes contre des stress biotiques et abiotiques. En outre, les effets bénéfiques des PAs pour la santé humaine sont bien documentés. Les PAs de la vigne ont la particularité d’être estérifiées avec de l’acide gallique. Une réaction d’acylation appelée galloylation est responsable de cette modification. Les études montrent que la galloylation influence les propriétés œnologiques et pharmacologiques des PAs. Dans la baie de raisin, les PAs sont synthétisés dans les premiers stades de développement, principalement dans les pellicules et les pépins. Un nombre relativement faible d’étapes enzymatiques sont nécessaires pour la biosynthèse de la structure de base de ces métabolites et les gènes correspondants sont aujourd’hui largement connus chez les plantes modèles, y compris chez la vigne. Cependant, les mécanismes moléculaires impliqués dans les étapes finales, y compris la galloylation, ne sont encore que partiellement connus. Des résultats antérieurs obtenus après la recherche de QTL influençant la composition du raisin, et en particulier le taux de galloylation des PAs, et des études transcriptomiques après surexpression de facteurs de transcription régulant la biosynthèse de la voie des PAs, ont permis l’identification de gènes potentiellement impliqués dans ces étapes. Des gènes de shikimate déshydrogénase (SDH) ont été identifiés. Ces gènes interviendraient en amont, pour la biosynthèse de l’acide gallique. Trois glucosyltransférases ainsi identifiées et déjà caractérisées au laboratoire sont impliquées dans la biosynthèse de l’ester de glucose de l’acide gallique (β-glucogalline), qui servirait d’intermédiaire pour la galloylation des PAs. Ces méthodes de criblage ont également permis d’identifier 2 acyltransférases de type sérine carboxypeptidase, nommées glucose acyltransférases (GATs) qui seraient capables de catalyser la dernière étape de galloylation: le transfert de l’acide gallique depuis la β-glucogalline sur les PAs. Le premier objectif de cette thèse a été de déterminer la fonction des SDHs codées par les gènes de vigne. Certaines SDHs recombinantes produites de façon hétérologue chez E.coli ont la capacité à produire de l’acide gallique in vitro. Leur niveau d’expression au cours du développement et dans différents tissus de la baie a également été établi. Les résultats obtenus in vitro sont étayés par le profil métabolique (acide gallique, β-glucogalline et PAs) de hairy-roots de vigne transformées avec un gène de SDH. Le second objectif de cette thèse a été de valider la fonction des GATs par expression transitoire dans des feuilles de tabac et des tests enzymatiques in vitro. La transformation transitoire de feuilles de vigne avec les GATs a permis de moduler la concentration d’esters phénoliques et nomment des flavan-3-ols galloylés in planta. L’étude de ces gènes a été étendue aux plantes vasculaires par des analyses phylogénétiques et a permis d’identifier des motifs peptidiques potentiellement impliqués dans les mécanismes étudiés et reflétant la sub-fonctionnalisation de certains gènes. Ce travail a fourni des informations sur les bases génétiques et les mécanismes moléculaires impliqués dans la biosynthèse de l’acide gallique et son transfert en deux étapes sur les flavan-3-ols (galloylation). De nouvelles hypothèses sur l’intervention de différents transporteurs et la nature des molécules transportées pourront être formulées.

Ecole : Montpellier SupAgro

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