L'accumulation des sucres et la dégradation de l'acide malique est découplée par la température dans des baies de microvigne


SUGAR ACCUMULATION AND MALIC ACID DEGRADATION
UNCOUPLED BY TEMPERATURE IN MICROVINE BERRIES

Markus RIENTH, Resk SHAHOOD, Sarah GAUTIER, Morgane ARDISSON,
Gilbert LOPEZ, Angélique ADIVEZE, Laurent TORREGROSA, Charles ROMIEU

*Corresponding author: C. ROMIEU, Email : markus.rienth@changins.ch

 

 

Abstract

Global warming has already become a critical problem for wine quality in many viticulture regions. However the developmental and molecular mechanisms involved in the response of the grapevine fruit to temperature remain still very elusive. Field experimentation introduces biases in abiotic stress studies on perennial plants such as the grapevine, due to fluctuating uncontrolled conditions. In addition, un-synchronized berry ripening is a major issue that needs to be addressed in abiotic stress studies to reduce experimental noise. In the present study, several long-term temperature treatments were conducted under precisely controlled conditions, using the microvine (DRCF-mutant) as a model. Fruit development and physiology, and the transcriptome adaptation to heat were monitored both at single berry and population levels. Monitoring of the sugar and organic acid content of single berries illustrates that berry heterogeneity within post-ve?raison clusters spans from plateau herbace? to early maturity, as usually observed on average clusters sequentially sampled along this developmental period. Temperature studies showed an advanced green berry development at higher temperature followed by faster malic acid breakdown during ripening. For the first time in grapevine, we observed a uncoupling of sugar and malic-acid metabolism at the inception of ripening under low temperature. RNA-seq analyses yielded a total of 10 787 temperature-modulated transcripts supporting a range of physiological functions related to primary metabolism. This work, which is the first abiotic stress study on fleshy fruits using RNA-seq for transcriptomic analysis, provides new clues on the mechanisms underlying the metabolic changes caused by temperature during berry development.

 

Keywords : grapevine, thermal stress, fruit, primary metabolism, RNA-Seq

 

 

Résumé

Le réchauffement climatique représente un problème critique pour la qualité du vin dans beaucoup de régions viticoles. Cependant les mécanismes développementaux et moléculaires impliqués dans l’adaptation du raisin aux températures élevées ne sont pas bien connus. L’interférence de bruits expérimentaux, notamment du fait des fluctuations environnementales, peut masquer les réponses physiologiques spécifiques au stress thermique. De plus, l’énorme hétérogénéité des baies au sein d’une grappe est une forte limitation pour apprécier les mécanismes mis en œuvre au niveau de l’organe fruit (baie). Plusieurs expériences avec des gradients de températures ont été réalisées en prenant en compte le rythme circadien et les différents stades clés de développement du fruit. Le suivi des sucres et des acides organiques de baies uniques montre que l’hétérogénéité au sein d’une seule grappe à véraison est du même ordre que la variation totale entre grappes moyennes au cours du développement à la véraison et la maturité. L’élévation de la température a conduit à une accélération de la croissance du fruit pendant la phase du développement herbacée. Des analyses RNAseq ont identifié un lot de 10787 gènes dérégulés par la température dans le raisin. Ainsi, à partir du début de la maturation, la température augmente la respiration de l'acide malique en retardant l'accumulation du sucre et en réprimant notamment des gènes clés de la voie des flavonoïdes. Pour la première fois un découplage de l’accumulation de sucres et de la respiration de l'acide malique a pu être observé et relié au changement du statut glucidique de la plante en fonction de la température. Ce travail représente la première étude mettant en oeuvre des outils d’RNA-seq au cours du développement de la baie

 

Mots-clés : vigne, stress thermique, fruit, métabolisme primaire, RNA-Seq

 

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