Bases génétiques et écophysiologiques des teneurs en métabolites impliqués dans la qualité et la résistance variétale

Contexte
La compréhension des bases génétiques et écophysiologiques de l’accumulation de métabolites spécialisés est essentielle pour améliorer la qualité d’une culture intensive telle que la carotte. Notre équipe a montré que des métabolites - principalement caroténoïdes, polyphénols et terpènes - jouent un rôle central à la fois dans la qualité nutritionnelle et organoleptique (Perrin et al. 2017) d’une part, et, d’autre part, dans les mécanismes de résistance de la plante face à Alternaria dauci, (Koutouan et al. 2018 ; Ramaroson et al. 2025).

L’accumulation des métabolites dépend fortement des interactions entre génotype, environnement et pratiques culturales (G×E×P), rendant ces caractères complexes à analyser et à sélectionner (Chevalier et al. 2021 ; 2022).

Objectif
L’objectif de nos travaux est :

• d’identifier les bases génétiques de ces caractères polygéniques, 
• de décrypter les mécanismes contrôlant la biosynthèse et l’accumulation de ces métabolites, 
• de mieux comprendre la plasticité variétale face aux conditions de cultures variées. 

Nous souhaitons mobiliser ces connaissances pour des applications en sélection variétale, notamment via l’identification de marqueurs prédictifs de qualité et de résistance.

Méthodologies et approches
Pour répondre à ces enjeux, l’équipe développe des approches intégratives combinant génétique, génomique, transcriptomique, métabolomique et écophysiologie, appliquées à une large diversité génétique.

Des dispositifs expérimentaux multi-environnements nous permettent d’analyser les interactions G×E×P. Des approches telles que la génétique d’association, la co-localisation mQTL–rQTL et des outils de validation fonctionnelle (surexpression, silencing, édition génomique) sont développés pour confirmer le rôle des gènes et métabolites candidats.

Résultats marquants
Les résultats obtenus ces dernières années mettent en évidence le rôle structurant des métabolites spécialisés dans la double performance qualité–résistance. 
Concernant la résistance à Alternaria dauci, des approches métabolomiques ont permis d’identifier des profils discriminants entre génotypes résistants et sensibles, dominés par des flavonoïdes et des terpènes (Koutouan et al., 2018 ; 2025). L’intégration de données génétiques, métaboliques et transcriptomiques a conduit à l’identification de régions génomiques où des mQTL co-localisent avec des rQTL, ainsi que des terpènes candidats à activité antifongique tels que le camphène, l’α-pinène, le caryophyllène ou encore l’α-humulène (Koutouan et al., 2023). 

Plus récemment, l’identification d’un facteur de transcription de type bHLH162 impliqué dans l’accumulation de flavonoïdes rutinosylés (apigénine, lutéoline, chrysoériol) a permis de relier directement régulation génétique, accumulation métabolique et activité antifongique (Koutouan et al., 2025). Ces travaux ouvrent des perspectives concrètes pour le développement de marqueurs métaboliques et génétiques utilisables en sélection (Ramaroson et al., 2025).

En parallèle, les travaux sur la qualité nutritionnelle ont permis de mieux comprendre les déterminismes génétiques et environnementaux de l’accumulation des caroténoïdes. Des approches gènes-candidats ont mis en évidence le rôle important de gènes de la voie de biosynthèse, tels que ZEP, phytoène désaturase ou CYP97A3 (Jourdan et al., 2015; Perrin et al., 2016). Le niveau d’expression de ces gènes est corrélé avec les différences d’accumulation entre tissus racinaires, notamment entre phloème et xylème (Perrin et al., 2016).

Plus récemment, l’identification d’un facteur de transcription de type bHLH162 impliqué dans l’accumulation de flavonoïdes rutinosylés (apigénine, lutéoline, chrysoériol) a permis de relier directement régulation génétique, accumulation métabolique et activité antifongique (Koutouan et al., 2025). Ces travaux ouvrent des perspectives concrètes pour le développement de marqueurs métaboliques et génétiques utilisables en sélection (Ramaroson et al., 2025).

Des essais multilocaux ont confirmé l’influence des facteurs pédoclimatiques et des pratiques culturales sur les teneurs en caroténoïdes et en sucres (Chevalier et al., 2022). Les projets Caroqual et Gesiiqua ont également mis en évidence une forte plasticité des teneurs en métabolites, avec un effet structurant du génotype mais aussi un rôle majeur de l’environnement (Chevalier et al., 2021).

Enfin, ces résultats soulignent le lien entre profils métaboliques et bénéfice santé, les conditions de culture modulant les propriétés biologiques des extraits de carotte sur différents modèles cellulaires (Soleti et al., 2020).

Perspectives
Nous souhaitons orienter les travaux plus particulièrement vers l’analyse de l’effet de la température sur les caractères d’accumulation de métabolites. Un projet de thèse a été déposé à l’école doctorale VAAME : « Réponse adaptative au changement climatique et diversité génétique : effet de fortes températures sur le développement et la qualité de la production chez Daucus carota. »  Nous voulons renforcer notre approche intégrative impliquant une analyse approfondie des interactions Génotype x Environnement x Pratiques culturales (GxExP) sur une diversité plus large de génotypes et d’environnements, en liant plus étroitement écophysiologie et génétique. Les résultats obtenus seront mis en relation avec la caractérisation de la sensibilité à Alternaria dauci en fonction de la température.

L’enjeu est d’atteindre une double performance durable, conciliant qualité des produits et résistance des cultures.

Partenariats et infrastructures
Nos recherches s’appuient sur : 

• notre réseau de partenaires privés et publics, 
• nationaux et internationaux au travers de projets pluriannuels, 
• des collaborations structurantes, notamment avec les équipes Fungisem et Bidefi de l’IRHS,
• l’exploitation de la diversité génétique du CRB « Carotte et autres Apiacées »,
• les dispositifs mutualisés de l’IRHS dont la Plateforme Phenotic ainsi que les Plateaux techniques de la SFR Quasav, 
• le soutien précieux d’étudiants de niveau Licence, Master et thèses accueillis dans l’équipe