Doctorat de 3 ans en physiologie de la vigne à Montpellier : Déterminisme physiologique et transcriptionnel du caractère LowSugarBerry et ses impacts sur les performances de la vigne en déficit hydrique sol-air (Acronyme : LoSuBe)

Personnes de contact et où postuler : A. Pellegrino ( anne.pellegrino@supagro.fr ) & L. Torregrosa ( laurent.torregrosa@supagro.fr )

Contexte : Dans les régions méditerranéennes, la hausse des températures et la sécheresse freinent le rendement et le potentiel qualitatif des raisins tout en augmentant les coûts de production (en raison de l’augmentation de l’irrigation et de l’utilisation de pesticides). À ces contraintes environnementales et économiques s’ajoute une forte demande sociétale de réduction de l’utilisation des intrants (eau, engrais et pesticides). La durabilité de l’activité viticole nécessite donc d’explorer de nouvelles pratiques permettant de réduire l’utilisation d’intrants tout en maintenant des rendements et des niveaux de qualité acceptables.

De nouvelles variétés de vigne présentant de faibles teneurs en sucre dans les baies (LowSugarBerry, LSB) et résistantes au mildiou pourraient rendre les vignobles plus intelligents à la fois plus résilients au changement climatique (réchauffement climatique, sécheresse) et moins dépendants des produits chimiques (Bigard et al., 2022). En effet, la plus faible concentration en sucre contribue à atténuer la teneur en alcool du vin (Ojeda et al., 2017), tout en diminuant la sensibilité de ces cépages à la sécheresse estivale pendant la maturation. Cependant, les programmes de sélection actuels répondent insuffisamment aux critères d’adaptation aux contraintes climatiques (Wilhelm et al., 2021, 2023). Notamment, les propriétés d’acclimatation de ces variétés en termes de gestion de l’eau et du carbone (C), ainsi que les mécanismes causals du caractère LSB et leurs impacts sur les flux d’eau (W) et de C à l’interface feuille-fruit, en réponse aux sol. et/ou les stress air-eau n’ont pas été étudiés avec précision.

Objectifs : Comparer les réponses du métabolisme du C et de l’équilibre du W des génotypes LSB et non-LSB cultivés sous plusieurs niveaux de déficit en W du sol et/ou de l’air, et disséquer l’origine du caractère LSB grâce à des analyses détaillées de la structure et de la composition des tissus des baies et transcriptome des fruits. Cela correspond à trois questions basées sur deux hypothèses :Q1. Existe-t-il des caractéristiques spécifiques liées au caractère LSB dans la gestion de la perte de W et du gain de C établies à l’échelle des feuilles et de la plante entière ?
Q2. Comment le caractère LSB affecte-t-il l’intensité et la dynamique des flux de W et de C vers les fruits pendant les phases d’expansion cellulaire, de croissance verte et de maturité ?
Q3. Quelles sont les propriétés structurelles et fonctionnelles des cellules du fruit (peau, pulpe) associées au caractère LSB ?

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H1 (Q1, Q2) : La plus faible accumulation de sucre dans les fruits des variétés LSB pourrait, à rendement en fruits équivalent, conférer une plus grande homéostasie du statut C à l’interface vigne-raisin sous contraintes W sol-air ;
H2 (Q3) : L’anatomie et la composition biochimique des parois cellulaires de la peau et/ou de la pulpe des variétés LSB peuvent favoriser leurs capacités d’expansion, découplant les importations de W et de solutés au cours du développement du fruit.

Plan de travail : Le programme s’articulera autour de trois tâches principales menées au champ et en environnement contrôlé à partir d’un panel de génotypes de vigne et de microvigne résistants aux maladies fongiques et présentant le caractère LSB. Dans un premier temps, les variations de la demande en eau et du gain de carbone induites par le caractère LSB sous contraintes sol/air W seront quantifiées. Les fonctions photosynthétiques des feuilles et les bilans de carbone et d’eau au niveau des organes (feuilles, fruits) jusqu’à l’échelle de la plante entière, avec une demande en eau équivalente (même rendement) ou une allocation de carbone (même quantité de demande en sucre des baies), seront comparés entre les variétés LSB et non LSB. soumis à différents régimes d’eau du sol et/ou de l’air. Dans un deuxième temps, l’origine structurelle et fonctionnelle du caractère LSB dans les baies au cours des trois phases de développement des baies sera étudiée. L’objectif est ici d’identifier un lien entre la structure et/ou la composition des cellules de la peau et/ou de la chair dans les variations des flux d’eau et de carbone vers les baies et leurs conséquences sur la rhéologie des fruits. L’évolution de la fermeté des baies sera analysée en collaboration avec l’UMR SPO (Dr F. Mabille), qui développe actuellement une pince dédiée à l’étude non destructive des propriétés mécaniques des baies. Les caractéristiques biochimiques des parois cellulaires de la chair et de la peau du fruit seront déterminées en collaboration avec l’UR BIA Nantes (Dr Lahaye, AL Chataignier-Boutin, experts en composition des parois cellulaires charnues des fruits ; Lahaye et al 2020, 2021) et /ou l’Université de Stellenbosch (Dr Moore, expert en structure des parois cellulaires du raisin ; Gao et al., 2015, 2020) et/ou l’UMR BFP Bordeaux qui a développé des sondes spécifiques à cibler dans les fruits charnus (Musseaux et al., 2020 ). Troisièmement, après avoir surveillé la croissance d’une baie unique, les baies seront collectées à des stades physiologiques spécifiques (Savoi et al., 2021) pour identifier les gènes différentiellement exprimés (DEG) liés aux catégories fonctionnelles et aux (iso)gènes co-régulés avec le trait LSB.

Compétences des étudiants à acquérir au cours du projet : Compétences expérimentales et analytiques en écophysiologie et biologie des fruits en interagissant en interne et au travers de collaborations planifiées avec des biochimistes, des écophysiologistes et des spécialistes de la structure des parois cellulaires des fruits. Méthodes et compétences en communication à travers des présentations orales (séminaires, participation à une conférence internationale) et la rédaction de documents scientifiques (thèses et articles). Esprit critique et capacités de mentorat (co-encadrement de stagiaires avec directeurs de thèse).

Salaire brut : 2 200 €/mois (cotisations sociales comprises)

Littérature :
Bigard A., Ojeda H., Romieu C., Torregrosa L. (2022) Le caractère du raisin sans sucre caractérisé par un phénotypage mono-baie. OenoOne 56 : 3. https://doi.org/10.20870/oeno-one.2022.56.3.5495 Dheilly, E., Gall, SL, Guillou, MC. et coll. La dynamique de la paroi cellulaire au cours du développement et du stockage des pommes implique des modifications de l’hémicellulose et des gènes exprimés associés. BMC Plant Biol 16, 201 (2016). https://doi.org/10.1186/s12870-016-0887-0
Gao Y., Fangel, JU, Willats, WGT, Vivier, MA et Moore, JP (2015). Disséquer les modifications de la paroi cellulaire du raisin riche en polysaccharides au cours de la vinification en utilisant des méthodes combinées à haut débit et de fractionnement. Polymères de glucides, 133, 567-577. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.07.026
Gao, Y., Fangel, JU, Willats, WG, Vivier, MA et Moore, JP (2021). Les différences dans les polysaccharides de la peau et de la pulpe des baies des raisins shiraz mûrs et surmûris, évaluées à l’aide du profilage des glycanes, révèlent une chair riche en extensions. Chimie alimentaire. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.130180 Houel C, Martin-Magniette ML, Stéphane N., Lacombe T., Cunff L., Torregrosa L., Conejero G., Lalet L. This P., Adam-Blondon AF (2013) Diversité génétique de la taille des baies de la vigne (Vitis vinifera L.). Aust. J. Vin de raisin Res. 19 : 208-220.
Lahaye, M. Falourd X., Laillet B. & Le Gall S. 2020. La cellulose, la pectine et l’eau dans les parois cellulaires déterminent les propriétés mécaniques viscoélastiques de la chair de pomme. Carbohydr Polym 2020 Vol. 232 pages 115768 Numéro d’accession : 31952582 DOI : https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.115768
Lahaye M., Tabi W., Le Bot L., Delaire M., Orsel M., Campoy JA, et al. . 2021. Comparaison de l’évolution chimique de la paroi cellulaire au cours du développement de fruits de deux qualités contrastées provenant de deux membres de la famille des Rosacées : la pomme et la cerise douce. Physiologie végétale et biochimie Vol. 168 Pages 93-104 https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2021.10.002
Musseau C, Jorly J, Gadin S, Sørensen I, Deborde C, Bernillon S, Mauxion JP, Atienza I, Moing A, Lemaire -Chamley M, Rose JKC,Chevalier C, Rothan C, Fernandez-Lochu L, Gévaudant F. 2020. La protéine de liaison au guanylate de tomate SlGBP1 permet la différenciation des tissus des fruits en maintenant les cellules endopolyploïdes dans un état non prolifératif. Cellule végétale 32 : 3188-3205. https://doi.org/10.1105/tpc.20.00245
Ojeda H., Bigard A., Escudier JL, Samson A., Caillé S., Romieu C., Torregrosa L. (2017) De la vigne au vin : des créations variétales adaptées
Savoi S., Torregrosa L., Romieu C. (2021) Les transcriptions réprimées à l’arrêt du déchargement du phloème mettent en évidence l’efficacité énergétique de l’importation de sucre dans le fruit mûrissant de V. vinifera. Hort. Rés. https://doi.org/10.1038/s41438-021-00628-6 .
Wilhelm L., Pellegrino A., Ojeda H., Torregrosa L. (2021) Caractériser la tolérance à la sécheresse des nouvelles variétés résistances aux maladies fongiques : complexité des processus physiologiques sous-jacents de l’adaptation aux contraintes hydriques. Revue des Œnologues 181 : 1-4.
Wilhelm L., Pellegrino A., Fontez B., Torregrosa L., Ojeda H. (2023) Acclimatation à court et à long terme à l’état hydrique au niveau des feuilles et des plantes de génotypes tolérants aux champignons. OenoOne, https://doi.org/10.20870/oeno-one.2023.57.2.7431