Adaptabilité variétale, facteurs environnementaux et interactions génotype x environnement déterminant les caractères de qualité nutritionnelle et organoleptique (projets Caroqual et Gesiiqua)

Dans le cadre d'une approche a priori sur la teneur en caroténoïdes, les effets de plusieurs gènes de la voie de biosynthèse des caroténoïdes ont été étudiés par une approche de génétique d'association de type gène candidat. Nous avons précédemment montré que, d'une part, les allèles de la zéaxanthine époxydase (ZEP) et de la phytoène désaturase seraient ainsi impliqués dans la teneur globale en caroténoïdes et en β-carotène, composé majeur de la carotte (Jourdan et al., 2015). A l'inverse, les allèles de LcyB seraient impliqués dans le contrôle de la teneur en lycopène. En collaboration avec l'équipe allemande de R. Welsch à l'Université de Friburg, nous avons pu confirmer de manière complémentaire par génétique d'association sur une base génétique large l'implication du gène de la carotène hydroxylase (CYP97A3) dans le déterminisme de la teneur en α-carotène, gène dont le rôle avait été mis en évidence par une approche de génétique fonctionnelle (Welsch et al., 2017). Dans une approche sans a priori, nous avons construit avec l'équipe Bidefi de l'IRHS une puce transcriptomique basée sur le génome de la carotte, qui a permis d'identifier des gènes et des voies complémentaires liés au développement du phloème et à l'accumulation de saccharose (master de C. Champlin). Nous développons actuellement une approche pour la validation fonctionnelle des gènes identifiés par surexpression, silencing et édition de gènes (Crisp-Cas9). Afin de mettre en place une vision intégrée de la qualité de la carotte, les effets de l'environnement et du système de culture sur la teneur en caroténoïdes et l'expression des gènes ont été étudiés. Il a été montré que l'effet des facteurs climatiques sur la teneur en caroténoïdes dans les feuilles et les racines en relation avec la modification de l'expression des gènes (Perrin et al., 2016), confirmant le rôle du gène ZEP dans l'accumulation des caroténoïdes. Des stress biotiques et abiotiques spécifiques (fig.1) ont été appliqués séparément ou en combinaison et un effet plus important de l'infection par A. dauci a été enregistré par rapport à la restriction hydrique, avec un effet légèrement plus important lorsqu'ils sont appliqués ensemble (Perrin et al., 2017a). Une accumulation et un modèle d'expression différentiels dans les racines ont été observés dans les tissus du phloème par rapport à ceux du xylème (Perrin et al., 2017b). Pour étudier l'effet de l'environnement, un grand nombre d'essais multilocaux et un large ensemble de traits de qualité ont été analysés. L'objectif était d'identifier les facteurs environnementaux influençant le plus les critères de qualité (nutritionnels et sensoriels) et inversement les critères de qualité les plus influencés par l'environnement. Ces résultats ont déjà permis de donner des recommandations pour la sélection de variétés de carottes pour les caractères de qualité (Geoffriau, 2019). Les travaux de thèse de Chevalier (2017-2021) ont également porté sur l'interaction génotype-environnement et la plasticité variétale pour les critères de qualité (projet Gesiiqua). De nombreux métabolites spécialisés étant impliqués dans la qualité nutritionnelle et sensorielle de la carotte, une approche métabolique a été utilisée pour caractériser un ensemble de variétés commerciales sur trois ans et plusieurs environnements. Sept groupes de métabolites ont été quantifiés : sucres, caroténoïdes, terpènes, composés phénoliques, phénylpropanoïdes et polyacétylènes. Une grande variation du contenu des racines a été observée, en relation avec les effets d'interaction entre la variété, l'environnement et la variété par l'environnement, par ordre décroissant d'importance. Une structuration claire de la diversité basée sur les variétés a été observée avec un nombre réduit de métabolites, confirmant l'importance de l'effet de la variété. Cependant, les variétés de carottes ont présenté différents niveaux de plasticité phénotypique à travers les environnements en fonction du métabolite. Des environnements plus favorables ont été identifiés par le modèle AMMI pour certaines variétés et métabolites, montrant la capacité d'adaptation des variétés. Ce travail fournit déjà des informations utiles pour la sélection et la production de carottes concernant la variation pour les métabolites et les niveaux de plasticité des variétés. L'identification des facteurs environnementaux influençant le plus le contenu en métabolites est en cours par des analyses de régression multiple. Un équilibre entre le contenu constitutif et la sensibilité environnementale pour les composés d'intérêt doit être atteint pour fournir des carottes de meilleure qualité nutritionnelle et sensorielle.