Varietal differences in solute accumulation and grape development
Until recently, varieties used for wine production (mainly V. vinifera) have been selected for high sugar accumulation and secondary metabolism compounds (aromas, tannins, anthocyanins). Some climate change parameters (temperatures, CO2) accentuate the trend towards higher sugar levels at harvest, resulting in more alcoholic wines. The increase in wine alcohol content is a global phenomenon, with annual increases of 0.16%. This alters the qualitative profile, in particular by impacting the alcohol/acidity balance and poses a problem for consumer health.The grape is a non-climacteric fleshy fruit that develops in two phases. The first is the herbaceous phase during which malic and tartaric acids accumulate mainly accumulate. During this phase, the berry grows by mitosis and vacuolar expansion. The second phase of growth is associated with the massive import of hexoses, water and potassium. At the end of the second growth phase, the phloem stops unloading and the berry concentrates its main metabolites by evaporation. Some oenological practices make it possible to reduce the sugar content of must or alcohol wines content (CEE-606/2009 and CEE-53/2011), but are partial or costly and can have an impact on the wines quality. Cultivation practices do not sufficiently modify the development of the grape to be effective, except that they degrade the quality potential of the harvest. In the long term, the most promising approach is the variety selection.The latter aspect was addressed in the thesis project. First, new phenotyping strategies/tools were developed to characterize grape development. Then, the diversity for the accumulation of primary metabolites in grapes (V. vinifera) or that can be generated by crossing with the microvine was analysed. In the last part, the physiological characterisation of genotypes resulting from a cross between V. vinifera and M. rotundifolia with a low sugar accumulation character during grape ripening was further developed.The main results of this work indicate:1) It is possible to assess the development of a berries population both in asynchrony (densimetric baths) and in heterogeneity (Dyostem). The colour of the fruit was not a good indicator of the beginning of ripening, appearing 1 to 5 days after the first signs of berry softening. In addition, monitoring at the berry population level has shown that for fine analyses, it is preferable to analyse the single fruit.2) There is a great diversity in V. vinifera with regard to the composition of primary berry metabolites and their dilutions. The possibility of independently segregating the accumulation of water, sugars, acids and cations was revealed, opening up interesting prospects for varietal innovation.3) Analysis of the low sugar concentration trait in descendants of V. vinifera and M. rotundifolia shows that this characteristic does not result from a limitation or delay in accumulation or from greater heterogeneity/asynchrony of the berries. The results suggest that there are mechanistic differences between growth level and osmotic pressure of the fruit during maturation between genotypes. This discovery raises many questions: are there differences in the cell wall structures or their associated enzymes? Are berry cells of low sugar genotypes larger or more numerous than traditional varieties?Two of these descendants were crossed with the microvine to detect the associated QTLs to this trait in order to identify the functions controlling this agronomic interest trait.
Jusqu’Ă rĂ©cemment, les variĂ©tĂ©s destinĂ©es Ă la production de vin (majoritairement V. vinifera) ont Ă©tĂ© sĂ©lectionnĂ©es pour forte accumulation en sucres et composĂ©s du mĂ©tabolisme secondaire (arĂ´mes, tanins, anthocyanes). Certains paramètres du changement climatique (tempĂ©ratures, CO2) accentuent la tendance Ă l’augmentation des teneurs en sucres Ă la rĂ©colte donnant des vins plus alcooleux. L’augmentation de la teneur en alcool des vins est un phĂ©nomène planĂ©taire, avec des augmentations annuelles de 0,16%. Cela altĂ©rant le profil qualitatif notamment en impactant l’Ă©quilibre alcool/aciditĂ© et pose un problème vis-Ă -vis de la santĂ© des consommateurs.Le raisin est un fruit pulpeux non-climactĂ©rique se dĂ©veloppant en deux phases. La première est la phase herbacĂ©e durant laquelle s’accumule majoritairement les acides maliques et tartriques. Durant cette phase, la baie grossit par mitose et expansion vacuolaire. La deuxième phase de croissance est associĂ©e Ă l’importation massive d’hexoses, d’eau et de potassium. A la fin de la deuxième phase de croissance, le phloème arrĂŞte son dĂ©chargement et la baie concentre ses principaux mĂ©tabolites par Ă©vaporation. Certaines pratiques Ĺ“nologiques permettent de rĂ©duire les teneurs en sucres des moĂ»ts ou en alcool des vins (CEE-606/2009 et CEE-53/2011), mais sont partielles ou coĂ»teuses et peuvent impacter la qualitĂ© des vins. Les pratiques culturales ne modifient pas suffisamment le dĂ©veloppement du raisin pour ĂŞtre efficaces, sauf Ă dĂ©grader le potentiel qualitatif de la vendange. Sur le long terme, l’approche la plus prometteuse est la sĂ©lection variĂ©tale.Ce dernier aspect fut abordĂ© dans le projet de thèse. En premier lieu, de nouvelles stratĂ©gies/outils de phĂ©notypage permettant la caractĂ©risation du dĂ©veloppement du raisin furent dĂ©veloppĂ©s. Ensuite, la diversitĂ© pour l’accumulation des mĂ©tabolites primaires dans le raisin (V. vinifera) ou pouvant ĂŞtre gĂ©nĂ©rĂ© par croisement avec la microvigne fut analysĂ©e. Dans un dernier volet, la caractĂ©risation physiologique de gĂ©notypes issus d’un croisement entre V. vinifera et M. rotundifolia prĂ©sentant un caractère de faible accumulation en sucres durant la maturation des raisins fut approfondie.Les rĂ©sultats principaux de ce travail indiquent :1) Il est possible d’apprĂ©cier le dĂ©veloppement d’une population de baies tant en asynchronie (bains densimĂ©triques) qu’en hĂ©tĂ©rogĂ©nĂ©itĂ© (Dyostem). La couleur du fruit n’était pas un bon indicateur du dĂ©but de la maturation, apparaissant 1 Ă 5 jours après les premier signes de ramollissement des baies. Par ailleurs, les suivis rĂ©alisĂ©s Ă l’Ă©chelle de population de baies ont montrĂ© que pour des analyses fines, il Ă©tait prĂ©fĂ©rable d’analyser le fruit unique.2) Il existe une grande diversitĂ© chez V. vinifera pour ce qui concerne la compositions en mĂ©tabolites primaires des baies et leurs dilutions. La possibilitĂ© de sĂ©grĂ©ger indĂ©pendamment l’accumulation d’eau, des sucres, des acides et des cations fut rĂ©vĂ©lĂ©e, ouvrant d’intĂ©ressantes perspectives en termes d’innovation variĂ©tale.3) L’analyse du caractère faible teneur en sucres chez des descendants de V. vinifera et M. rotundifolia montre que ce caractère ne rĂ©sulte ni d’une limitation ou d’un dĂ©calage de l’accumulation, ni d’une plus grande hĂ©tĂ©rogĂ©nĂ©itĂ©/asynchronie des baies. Les rĂ©sultats suggèrent qu’il existe des diffĂ©rences mĂ©canistiques entre niveau de croissance et pression osmotique du fruit lors de la maturation entre gĂ©notypes. Cette dĂ©couverte soulève de nombreuses questions : existe-t-il des diffĂ©rences dans les structures des parois cellulaires ou de leurs enzymes associĂ©es ? Est-ce que les cellules des baies des gĂ©notypes Ă faible teneur en sucres sont plus grosses ou plus nombreuses que les variĂ©tĂ©s traditionnelles ?Deux de ces descendants ont Ă©tĂ© croisĂ©s avec la microvigne pour dĂ©tecter les QTLs associĂ©s Ă ce caractère dans l’objectif d’identifier les fonctions contrĂ´lant ce trait d’intĂ©rĂŞt agronomique.
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02542686/file/18-0063_Bigard.pdf