Caractérisation chimique, biochimique et moléculaire des fruits d’agrumes

1. Caractérisation chimique, biochimique et moléculaire des fruits d’agrumes

2. Interactions INRA/Université de Corse Projet Ressources naturelles 3 équipes : • Biochimie et biologie moléculaire du végétal • Chimie et biomasse • Chimie des produits naturels

3. Objectif Mieux comprendre les mécanismes moléculaires d’accumulation des acides organiques et des sucres

4. L’acidité caractéristique des agrumes Un des principaux critères de la qualité des fruits d’agrumes : calibre, absence de pépin, coloration, sucres… L’acidité de la pulpe est évaluée : pH et acidité titrable La majorité des études ont été réalisées au cours de la maturation du fruit 6.0 L’acidité est un critère majeur du cahier des charges de l’IGP « Clémentine de Corse  20 000 tonnes /an La baisse d’acidité de certains fruits peut entraîner une baisse de leur qualité Cette baisse d’acidité peut donc entraîner son retrait du label et ainsi diminuer sa valeur commerciale Citrons, Limes 5.0 // Acidité (%) 1.2 Mandarines, Oranges, Clémentines 0.8 0.4 Maturation

5. L’acidité et la composition en acides organiques L’acidité de la pulpe varie en fonction des espèces au moment de la récolte L’acidité est liée à la composition en acides organiques : acide citrique L’acide malique est le second acide organique majoritaire de la pulpe mais sa concentration ne varie pas en fonction de l’espèce La concentration en acide citrique varie également selon les espèces 7 6 60 60 5 Acide malique (g L-1) Acide citrique (g L-1) 50 50 Acidité (%) 4 40 40 3 2 30 30 1 20 20 0 0 0 A maturité A maturité 10 10

6. Comparaison entre variétés acides et non acides Chaque espèce comprenant 1 variété acide et 1 variété non acide d’un point de vue sensoriel Collection agrumes Station de Recherches Agronomiques INRA-CIRAD San Giuliano => conditions environnementales et culturales homogènes 3 espèces d’agrumes: Orangers Citronniers Limettiers

7. La stratégie Les variétés acides ont surtout été étudiées au stade III Aucune donnée disponible sur les variétés douces aux stades I et II Stade I Stade II Stade III Nouaison Taille et poids du fruit 1 Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc. Jan. Mise en place des différences entre fruits acides et doux ? Identifier la nature des variations et le stade de développement où elles s’opèrent : pH, acidité titrable, composition acides organiques et sucres au cours des 2 premiers stades de développement du fruit Stade I : Division cellulaire Stade II : Grossissement du fruit Stade III : Maturation

8. Les acides organiques des fruits acides au stade II L’acide citrique est l’acide organique majoritaire des fruits acides Acide succinique Acide citrique Acide quinique Acide tartrique Acide malique Citron acide Acide ascorbique Orange acide Lime acide

9. Les acides organiques des fruits doux au stade II  Quels « osmoticums » remplacent l’acide citrique ? L’acide citrique n’est pas majoritaire chez les fruits doux Acide citrique Orange douce Citron doux Lime douce Au stade II, les autres acides ont des teneurs faibles et constantes RMN 13C Fruits acides : acide citrique Fruits doux : sucres Les 3 principaux sucres solubles : saccharose, glucose et fructose

10. 70 60 50 40 Fruits Doux 30 20 10 0 Orange acide 0 10 20 30 40 50 60 70 Fructose (mg g-1 MF) Citron et Lime acides Acide citrique (mg g-1 MF) Les principaux composés variant entre les fruits acides et doux au stade II Les fruits doux présentent le plus de fructose (15 à 60 mg g-1 MF) et le moins d’acide citrique (<5 mg g-1 MF) Les fruits acides présentent le plus d’acide citrique (20 à 60 mg g-1 MF) et le moins de fructose (<5 mg g-1 MF) Les oranges acides ont un profil intermédiaire

11. Comment pourraient s’opérer les différences ? PHOTOSYNTHESE Vacuole Cytosol Fructose Saccharose Saccharose Glucose Fructose Transport ? Glucose Fructose Glucose Métabolisme ? PEP Pyruvate Citrate Pyruvate Acétyl-CoA Transport ? KREBS Malate Citrate Citrate Métabolisme ? Mitochondrie Isocitrate

12. Identifier les gènes impliqués dans cette différence d’acidité -plus particulièrement ceux affectés dans la variété douce -déterminer leur rôle dans le transport ou le métabolisme des acides organiques et/ou des sucres

13. pH 2,5 Hydrolyse chimique ? OAA PEPC Citrate X NADP-EM OAA OAA Malate Malate Malate Citrate X ACO α-cétoglutarate Isocitrate IDH Modèle « Fruits Acides » Vacuole Fructose Saccharose Saccharose Glucose Glucose Fructose Fructose Glucose PEP Pyruvate Pyruvate Acétyl-CoA Citrate

14. pH 5,0 OAA PEPC Citrate NADP-EM OAA Citrate Isocitrate ACO X Succinate IDH α-cétoglutarate Modèle « Fruits Doux » Vacuole Fructose Saccharose Saccharose Invertase Glucose Fructose Glucose Fructose Glucose PEP Pyruvate Pyruvate Acétyl-CoA Malate Malate Citrate

15. Qualité organoleptique -les composés volatils aromatiques responsables de la typicité gustative -avoir une vue d’ensemble des composés volatils présents dans les zestes et dans les feuilles des différentes variétés de citrus

16. Identification des composés aromatiques responsables de la typicité gustative des jus de fruits par SPME, CPG/Ir et CPG/SM 44 constituants identifiés représentant environ 95 % de la fraction volatile des jus d’agrumes • Jus de mandarine et de clémentine (parents) • Jus de 65 hybrides issus du croisement des deux parents

17. Approche statistique • 2 sous groupes d’hybrides de la mandarine • 3 sous groupes d’hybrides de la clémentine • HC : 31 individus : 93 % < limonène > 76 % 0,1 % < -terpinène < 6 % • HM : 28 individus : 73 % < limonène > 57 % 10 % < -terpinène < 31 % • 6 hors corrélation HM HC

18. Caractérisation chimique des agrumes à travers la composition des huiles essentielles de feuilles et de zestes

19. Huiles essentielles de zestes huiles essentielles de zestes de mandarines et de clémentines de deux parents huiles essentielles de zestes de 70 hybrides issus du croissement des deux parents

20. Étude de l’hérédité des composés d’arôme chez les hybrides

21. Variabilité chimique des huiles essentielles de feuilles de 113 hybrides clémentine x mandarine

22. Bilan • Contrat CTPS-INRA – F. Luro (2000-2002) • APR Agrumes depuis 2003 • 3 thèses co-encadrées : Thèses AL Gancel et AL Fanciullino (CIRAD-Université) et Thèse MV Albertini (INRA- Université) • 6 Publications communes : 4 J. Agric.Food. Chem., 2 Flav. Frag. J.

23. Perspectives • 1 thèse co-encadrement INRA–Université début janvier 2008 « mécanismes d’acidification en disponibilités en assimilats contrastées » • Stage de M2 recherche sur les enzymes du métabolisme oxydatif de la clémentine • Projet commun INTERREG IV? • Demande ANR « Blanc » 2008