Vers une nouvelle compréhension des mécanismes et facteurs contrôlant la transition de maturation des fruits charnus – OxyFruit

Ce projet est construit autour de trois packages scientifiques qui visent à mieux comprendre le rôle du tissu loculaire dans le processus de maturation, ainsi qu’à identifier de nouveaux acteurs clés de la maturation reliant la crise respiratoire à la signalisation par l’éthylène. La caractérisation du tissu loculaire repose sur des approches de microscopie à fluorescence permettant de déterminer l’origine et le devenir de ce tissu. La respiration dans les différents tissus du fruit de la tomate a été mesurée à différents stades de développement et de maturation, à travers l’utilisation de proxys tels que la concentration en CO₂ et en oxygène. Des approches de génétique inverse utilisant le CRISPR/Cas9 ont été employées pour générer des lignées silencieuses (Knock-out, KO) afin d’étudier la fonction de gènes candidats régulés à la fois par la respiration et par l’éthylène. La caractérisation de ces lignées a d’abord été réalisée par des mesures physiologiques visant à décrire les phénotypes liés à la maturation. Enfin, des analyses transcriptomiques de ces lignées permettent d’identifier les voies de signalisation régulées par ces gènes.

L’étude de l’expression des gènes est un élément clé pour comprendre le fonctionnement des plantes. Même si les technologies de séquençage modernes se développent rapidement, une méthode appelée qPCR reste largement utilisée. Elle permet de mesurer l’activité des gènes, mais son efficacité dépend fortement d’une étape essentielle : la normalisation des données, qui garantit la fiabilité des résultats.

Traditionnellement, cette normalisation repose sur quelques gènes de référence, censés être exprimés de manière constante quelles que soient les conditions. Mais dans une étude récente, nous avons montré qu’il est en réalité plus efficace d’utiliser une combinaison de plusieurs gènes, même si chacun d’eux pris isolément n’est pas parfaitement stable. Grâce à l’analyse de grandes bases de données issues du séquençage (RNA-Seq), nous avons pu mettre au point une méthode permettant de trouver automatiquement cette combinaison optimale. Nous l’avons développée chez la tomate, mais elle pourrait s’appliquer à bien d’autres espèces végétales. Nos résultats montrent que cette approche est plus fiable que l’utilisation des gènes dits « de ménage » (housekeeping genes) couramment employés (Djari et al., 2024).

En parallèle, nous nous sommes intéressés à une famille particulière de gènes, appelés TCP, déjà connus pour jouer un rôle dans la croissance et la multiplication des cellules. Nous avons découvert que plusieurs de ces gènes, appartenant à la Classe I, sont très actifs dans les fruits de tomate en développement. Ces observations suggèrent qu’ils participent non seulement à la maturation du fruit une fois qu’il a atteint sa taille définitive, mais aussi à des processus importants comme le métabolisme du fruit ou la régulation hormonale. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour mieux comprendre, et peut-être contrôler, la maturation des fruits (Guo et al., 2024).

Anis Djari, Guillaume Madignier, Christian Chervin, Benoît van der Rest, James Giovannoni, et al.. A stable combination of non-stable genes outperforms standard reference genes for RT-qPCR data normalization. Scientific Reports, 2024, 14 (1), pp.31278. ⟨10.1038/s41598-024-82651-w⟩. ⟨hal-05034789⟩

Yushuo Gao, Farid Regad, Zhengguo Li, Julien Pirrello, Mondher Bouzayen, et al.. Class I TCP in fruit development: much more than growth. Frontiers in Plant Science, 2024, 15, pp.1411341. ⟨10.3389/fpls.2024.1411341⟩. ⟨hal-04639797⟩

Étant donné que les fruits et légumes constituent la principale source d’une alimentation saine, apportant la majorité des vitamines et des antioxydants dans notre alimentation quotidienne, l’identification de nouveaux gènes candidats capables d’améliorer les traits de maturation et de maintenir les qualités sensorielles et nutritionnelles pendant la durée de conservation post-récolte constitue un enjeu majeur. Le projet OXYFruit vise à déchiffrer les mécanismes contrôlant la maturation des fruits climactériques d’une manière encore inexplorée. On prévoit que ces travaux fourniront de nouvelles connaissances sur les facteurs régulant la maturation des fruits et ouvriront de nouvelles voies pour améliorer la qualité des fruits et leur gestion post-récolte. Dans ce contexte, les résultats du projet offriront des perspectives inédites pour l’innovation variétale, permettant d’améliorer les traits de maturation des fruits charnus et de réduire les pertes post-récolte tout en garantissant une qualité fruitière supérieure. Globalement, le projet OXYFruit devrait produire des avancées majeures en termes de connaissances académiques dans le domaine de la biologie du fruit, pouvant conduire à un renouvellement significatif du sujet. Le projet OXYFruit vise à réaliser un pas important dans notre compréhension mécanistique de la maturation de la tomate, aux niveaux génétique, protéique et des processus biologiques. Ce projet permettra d’identifier de bons gènes et protéines candidats pour moduler la maturation des fruits.

Les impacts technologiques et socio-économiques à long terme sont doubles :

1. Le déchiffrement des mécanismes moléculaires reliant l’éthylène, le faible taux d’oxygène et la maturation des fruits permettra l’utilisation de mutants naturels affectés dans ces voies dans des programmes de sélection classiques, afin de créer de nouvelles variétés avec une valeur nutritionnelle plus élevée, de meilleurs traits organoleptiques et de meilleures capacités de conservation et de résilience.

2. La connaissance des mécanismes impliqués dans la physiologie du déclenchement de la maturation est très importante pour les sélectionneurs et les entreprises impliquées dans le stockage des fruits, ainsi que pour les fabricants d’infrastructures et d’équipements de stockage. L’optimisation des protocoles de conservation et l’identification de marqueurs pour les troubles liés à l’hypoxie constituent l’un des objectifs principaux de ces entreprises.

Les fruits sont un composant essentiel de l'alimentation humaine. La compréhension de la transition menant à la maturation des fruits est essentielle à la conception de nouvelles stratégies visant à maintenir des qualités organoleptiques et nutritionnelles élevées tout en réduisant les pertes après récolte. De nombreuses données ont été générées pour explorer le processus de maturation, mais les données concernant les mécanismes moléculaires sous-jacent l’acquisition de la compétence à murir sont encore rares. Chez la tomate, le processus de maturation a été abordé en se focalisant principalement sur le péricarpe, probablement en raison du fait que la progression de la maturation est généralement associée à des changements visibles comme la couleur du péricarpe. Cependant, des résultats récents, obtenus au sein de l’équipe, confirment le rôle primordial du tissu loculaire dans le début de la maturation. En parallèle, nos données, non publiées, montrent que le gel du fruit de tomate est en hypoxie au cours du stade vert mature (MG). L’induction de l’expression des ERF.E (Facteurs de Réponse à l’Ethylène) au cours de la maturation, et le rôle de ces ERF.E en tant que senseurs d'oxygène, découvert chez arabidopsis, nous ont conduit à émettre l'hypothèse que ces ERF pourraient être des régulateurs clés de la maturation grâce à la perception de l'hypoxie qui se produit dans le tissu loculaire. Le projet OXYFruit vise à identifier le rôle des ERF de la sous-classe E dans la maturation des fruits en intégrant la concentration en oxygène et la voie de la règle N-end. Ce projet comprend trois axes : (1) L’étude du rôle de la voie de dégradation « N-end rule » dans la maturation des fruits ; (2) l’étude du rôle spécifique de chaque ERF.E dans la maturation des fruits ainsi que l'identification de leurs gènes cibles ; et (3) l’étude de la régulation transcriptionnelle et post-traductionnelle des ERF de la tomate pendant la maturation des fruits.