Plasticité phénotypique et déterminants environnementaux impliqués dans l'élaboration de la qualité chez la carotte

Phenotypic plasticity and environmental determinisms involved in carrot quality

• Auteur / Autrice : Wilfried Chevalier
• Direction : Emmanuel Geoffriau, Didier Peltier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 11/06/2021
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Physiologie moléculaire des semences (Unité mixte de recherche INRA-INH-Université d'Angers)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Horticulture et Semences / IRHS
• Jury : Président / Présidente : Claudine Landés
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Laure Fanciullino
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadia Bertin, Philippe Debaeke

Mots clés

Mots clés contrôlés

Caroténoïdes

Plantes -- Métabolites

Transcriptome

Agronomie

Interaction gène-environnement

Mots clés libres

Interaction génotype-environnement,

Métabolome

Sucres

Genotype by environment interaction

Agronomy

Transcriptome

Metabolome

Sugars

Carotenoids

Résumé

La qualité nutritionnelle et organoleptique des fruits et légumes rencontre un intérêt grandissant. Considérée comme “légume santé”, la carotte s’illustre par l’accumulation au niveau racinaire d’une grande diversité de métabolites d’intérêt, incluant les sucres et caroténoïdes. L’importante variabilité phénotypique observée peut s’illustrer par un effet propre aux variétés, aux environnements ou encore par une plasticité plus ou moins prononcée des variétés vis-à-vis des teneurs en métabolites. L’objectif de cette thèse est de déterminer les facteurs pouvant expliquer les niveaux observés de plasticité phénotypique pour une large gamme de métabolites d’intérêt, afin de tendre vers une amélioration de la qualité chez la carotte. L’approche métabolomique met clairement en évidence une structuration de la diversité génétique ainsi que différents niveaux et profils de plasticité phénotypique en fonction des métabolites. L’approche par régression PLS entre les données agro-climatiques issues d’essai multi environnements et la variation de teneur en sucres et caroténoïdes sur ces mêmes environnements a permis l’identification et la hiérarchisation de facteurs agro-climatiques largement impliqués dans l’accumulation de ces composés respectifs. Parallèlement, il a pu être montré que certains stades de développement, notamment précoces, sont déterminants pour la teneur de ces composés mesurée à la récolte. Enfin, l’approche transcriptomique suggère l’implication de facteurs de transcription comme pouvant expliquer la différence de plasticité variétale à l’égard de la teneur en caroténoïdes. L’ensemble de ces travaux, intégrant plasticité phénotypique et élucidation des déterminismes environnementaux impliqués dans la variation de teneur en sucres et caroténoïdes, apportent de nouvelles connaissances sur l’élaboration et l’amélioration de la qualité chez la carotte, essentielles pour sa maîtrise, que ce soit dans un cadre de sélection variétale ou de production.

There is an increasing interest for nutritional and sensorial quality of vegetables. Depicted as a healthy vegetable, carrot is characterized by the accumulation of a wide range of key metabolites in large amount at root level, including sugars and carotenoids. Substantial phenotypic variability observed may depend on variety effect, environmental effect ormore and less pronounced plasticity of varieties regarding metabolite accumulation. The aim of this present thesis is to elucidate the factors which can explain the observed phenotypic plasticity levels, for a wide range of key metabolites, in order to improve carrot quality. The metabolomic approach clearly shows a genetic diversity structuration and different levels and patterns of plasticity according to metabolites. PLSr regression approach between agroclimatic variables from multi-environments trials and sugars and carotenoids variation content in these environments has led to the identification and prioritization of agroclimatic factors widely involved in the accumulation of these respective compounds. In addition, it has been shown that some developmental stages, especially the early ones, are crucial for these compounds content at harvest. Finally, the transcriptomic approach suggests key roles of some transcription factors to explain the difference of varietal plasticity concerning carotenoid accumulation. All this work, integrating phenotypic plasticity and elucidation of environmental determinisms involved in carotenoids and sugars content, provides new knowledge for quality improvement and mastering in carrot, whether in a breeding or production perspective.