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Thèse en Biologie Végétale

• Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé - Université de Bordeaux
• Soutenance : 28-11-2014
• Encadrement : Eric GOMES / Inmaculada PASCUAL ELIZALDE (Université de Navarre, Espagne)
• Financement :
• Projet :

Sujet de thèse : Etude des effets du rayonnement UV-B sur la physiologie foliaire et la maturation des baies chez la Vigne (Vitis vinifera L. cv Tempranillo), dans le contexte du changement climatique (déficit hydrique, température et taux de CO2 élevés).

Résumé :
Ce travail de thèse porte sur l’effet du rayonnement UV-B sur la physiologie foliaire et la maturation des baies chez la Vigne (Vitis vinifera L. cv Tempranillo), dans le contexte du changement climatique en cours. Dans ce but, des expériences ont été menées en conditions contrôlées en serre, sur des boutures fructifères. Les plantes ont été exposées à trois doses de rayonnement UV-B biologiquement actifs (0, 5,98 et 9,66 kJ.m-2.jour-1), soit à partir de la nouaison, soit à partir de la véraison, et ce jusqu’à la pleine maturité. Le rayonnement UV-B a été appliqué seul ou en combinaison avec d’autres stress abiotiques (déficit hydrique, taux de CO2 et température élevés). L’impact de ces stress sur l’activité photosynthétique, les contenus en pigments et en composés photoprotecteurs, ainsi que sur les activités des enzymes produisant des composés antioxydants, ont été étudiés. La phénologie, les profils d’accumulation des flavonols et des anthocyanes, ainsi que le contenu en acides aminés des baies ont également été analysés, de même que l’expression des principaux gènes régulateurs et structuraux de la voie de biosynthèse des polyphénols. Les résultats obtenus montrent que les effets des UV-B sur la physiologie foliaire peuvent être découpés en deux phases : une première phase transitoire de diminution de l’activité photosynthétique, suivie d’une phase d’acclimatation due à la production de composés photoprotecteurs (flavonoïdes essentiellement) et à l’activité d’enzyme de détoxification des forme actives de l’oxygène (superoxyde dimutase, catalase, ascorbate peroxidase). Le déficit hydrique, le stress thermique et un taux de CO2 élevé (700ppm, +4ºC) ne modifient pas le processus d’acclimatation aux UV-B ; en revanche on note une interaction positive entre les UV-B d’une part et la tolérance aux températures et au taux de CO2 élevé d’autre part, atténuant les dommages oxydatifs dus à l’induction de sénescence par ces deux derniers facteurs. La maturité des baies est retardée par les UV-B et le déficit hydrique, et ce phénomène et amplifiés lorsque ces deux stress sont appliqués en combinaison ; alors que les hautes températures et un taux de CO2 élevé ont l’effet inverse. Dans ce dernier cas, le UV-B rayonnement atténue les effets du couple température/CO2 élevés. Ces effets sur la phénologie de la Vigne ont pu être reliés à des modifications de l’activité photosynthétique des feuilles. En ce qui concerne la composition des baies, l’augmentation du rayonnement UV-B et le déficit hydrique ont augmenté les concentrations en anthocyanes et en potassium des moûts et diminué leur acidité, ce qui peut s’expliquer en partie par une augmentation du ratio de masse pellicule/pulpe. L’augmentation des teneurs en anthocyanes et flavonols des pellicules observée en réponse aux UV-B a pu être reliée à l’induction de gènes structuraux (CHS, F3’H, FLS, UFGT and GST) et régulateurs (MYBF1 et MYBA1) de la voie de biosynthèse des flavonoïdes. Ces changements quantitatifs étaient toujours associés à des changements qualitatifs, avec une augmentation de la part relative des flavonols mono- et disubstitués, en raison d’une compétition de la flavonol synthase avec les F3’ et F3’5’ hydroxylases pour les mêmes substrats. Une interaction notable a été observée entre le rayonnement UV-B et le déficit hydrique, sur les profils d’hydroxylation des flavonols, ce qui s’explique par le fait que ces deux facteurs agissent sur deux étapes distinctes de la voie de biosynthèse.

Publications :

• Del-Castillo-Alonso MA, Castagna A, Csepregi K, Hideg E, Jakab G, Jansen MAK, Jug T, Llorens L, Matai A, Martínez-Lüscher J, Monforte L, Neugart S, Olejnickova J, Ranieri A, Schodl-Hummel K, Schreiner M, Soriano G, Teszlak P, Tittmann S, Urban O, Verdaguer D, Zipoli G, Martinez-Abaigar J, Nunez-Olivera E (2016) Environmental factors correlated with the metabolite profile of Vitis vinifera cv. Pinot Noir berry skins along a European latitudinal gradient. Journal of Agricultural and Food Chemistry 64, 8722-8734.
• Martínez-Lüscher J, Kizildeniz T, Vučetić V, Dai Z, Luedeling E, van Leeuwen C, Gomes E, Pascual I, Irigoyen JJ, Morales F, Delrot S (2016) Sensitivity of grapevine phenology to water availability, temperature and CO2 concentration.  Frontiers in Environmental Science.
• Martinez-Lüscher J, Sanchez-Diaz M, Delrot S, Aguirreolea J, Pascual I, Gomes E (2016) Ultraviolet-B alleviates the uncoupling effect of elevated CO2 and increased temperature on grape berry (Vitis vinifera cv. Tempranillo) anthocyanin and sugar accumulation. Australian Journal of Grape and Wine Research 22, 87-95.
• Martinez-Lüscher J, Morales F, Delrot S, Sanchez-Diaz M, Gomes E, Aguirreolea J, Pascual I (2015) Characterization of the adaptive response of grapevine (cv. Tempranillo) to UV-B radiation under water deficit conditions. Plant Science 232, 13-22.
• Martinez-Lüscher J, Morales F, Sanchez-Diaz M, Delrot S, Aguirreolea J, Gomes E, Pascual I (2015) Climate change conditions (elevated CO2 and temperature) and UV-B radiation affect grapevine (Vitis vinifera cv. Tempranillo) leaf carbon assimilation, altering fruit ripening rates. Plant Science 236, 168-176.
• Martinez-Lüscher J, Sanchez-Diaz M, Delrot S, Aguirreolea J, Pascual I, Gomes E (2014) Ultraviolet-B radiation and water deficit interact to alter flavonol and anthocyanin profiles in grapevine berries through transcriptomic regulation. Plant and Cell Physiology 55, 1925-1936.
• Martínez-Lüscher J, Torres N, Hilbert G, Richard T, Sánchez-Díaz M, Delrot S, Aguirreolea J, Pascual I, Gomes E (2014) Ultraviolet-B radiation modifies the quantitative and qualitative profile of flavonoids and amino acids in grape berries. Phytochemistry 102, 106-114.

Position actuelle :
Post-doctorant, Department of Viticulture and Enology, UCD Davis, USA