Utilisation de la spéctroscopie infrarouge a transformée de Fourier pour le phénotypage des baies de Vitis vinifera L.

Abstract

Phenotyping is an increasingly important issue in plant biology, in particular when studying the genetic basis of complex traits, in the context of genotype*environment interactions. The composition of grape berries is a key target for fruit and wine quality. Although an increasing number of samples need to be analysed, grape berry metabolites are not easily accessible and their measurement sometimes involves time consuming protocols. The volume of available grape juice can also be a limiting factor for metabolic phenotyping of grape berries. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) may provide an accurate and rapid estimate for a whole range of metabolites while using a limited amount of grape juice (15 mL). However, calibration curves must be established for each individual metabolite determined using reference analyses. An important question is whether these curves are variety-specific or not. Another issue is whether calibration curves remain valid through a wide range of maturity levels. In this study, grape juice was obtained weekly over several years from veraison to harvest for 52 varieties of Vitis vinifera L. (31 red and 21 white varieties) with 5 replicates for each sampling date. Each sample was then analyzed using FTIR technology (WineScanTM, FOSS). Values for Brix, total acidity, tartrate, malate, pH and Yeast Assimilable Nitrogen (YAN) were compared with reference analyses, such as enzymatic assays. Results obtained by FTIR were highly correlated with reference analyses for Brix, total acidity and malate (R2 values > 0.97). For these variables, no specific calibration beyond the one provided by WineScanTM seems necessary, whatever the variety or the ripening stage. However, calibration was less reliable for tartrate and YAN (0.7<R2 values<0.8). Nevertheless, our results indicate that using the FTIR technology is very promising for accurate and high-throughput phenotyping of major grape berry components.

Keywords : grape berries, phenotyping, analyses, FTIR, calibration

Résumé

Le phénotypage est une question de plus en plus importante en biologie végétale, en particulier pour l’étude des bases génétiques de traits complexes, dans le contexte des interactions génotype * environnement. La composition des baies de raisin est un enjeu important pour la qualité des raisins de table et du vin. Les expérimentations qui répondent à cet objectif produisent de nombreux échantillons à analyser. Cependant, les métabolites des baies de raisin ne sont pas facilement accessibles et les protocoles d’analyse nécessitent souvent beaucoup de temps. Les volumes de jus de raisin disponibles peuvent également être un facteur limitant pour le phénotypage des baies de raisin. La spectroscopie infrarouge à Transformée de Fourier (IRTF) permet d’accéder très rapidement (30 secondes/échantillon pour la prédiction de nombreux paramètres) à la composition des baies pour les principaux métabolites en utilisant une quantité limitée de jus de raisin (15 mL). Cependant, des courbes d'étalonnage doivent être établies pour chaque métabolite en utilisant des analyses de référence. Une question importante est de savoir si ces courbes sont spécifiques ou non de chaque cépage. Une autre question concerne la validité de ces courbes d'étalonnage à travers un large éventail de niveaux de maturité des baies. Pour cette étude, des jus de raisin ont été obtenus pendant plusieurs années de manière hebdomadaire depuis la véraison jusqu’à la récolte pour 52 variétés de Vitis vinifera L. (31 cépages rouges et 21 cépages blancs) avec cinq répétitions pour chaque date d'échantillonnage. Chaque échantillon a été analysé par la technologie IRTF (WineScan TM, FOSS). Les valeurs obtenues pour le Brix, l’acidité totale, le tartrate, le malate, le pH et l’azote assimilable des moûts ont été comparées à des analyses de référence, tels que le dosage enzymatique. Les résultats obtenus par IRTF sont fortement corrélés avec les analyses de référence pour le Brix, l’acidité totale et le malate (valeurs de R2> 0,97). Pour ces variables, aucune calibration spécifique supplémentaire à celle fournie par le WineScanTM ne semble nécessaire par variété ou par degré de maturité. Les corrélations sont moins fortes pour le tartrate et l’azote assimilable (0.7< R2 <0.8). Néanmoins, nos résultats indiquent que la technologie IRTF est très prometteuse pour le phénotypage précis et à haut débit des principaux composants des baies de raisin.

Mots-clés : baies de raisin, phénotypage, analyses, IRTF, calibration