Analyse des variations de poids et de teneurs en sucres du fruit de tomate par une approche intégrative combinant des études écophysiologique, génétique et moléculaire

Fruit weight and sugar content are two complex traits largely involved in tomato quality. The aim of this study is to dissect these two traits via a multidisciplinary approach combining ecophysiology, genetics and genomics. A population of 20 introgression lines of Solanum chmielewskii in the genetic background of S. lycopersicum were grown in 2006 and 2007 under two fruit load conditions in order to modulate carbon availability to fruit. Under high load conditions, trusses were not pruned while under low load conditions, trusses were pruned to one fruit. Indicators of ecophysiological processes involved in tomato fruit weight and sugar content were measured or estimated and allowed the characterization of main processes underlying QTL for quality traits such as cell division and expansion, fruit transpiration or allocation of carbon for the synthesis of structural compounds. A high effect of fruit load was emphasized on QTL expressions, indicating the occurrence of genotype x fruit load interactions. The combined use of an ecophysiological model predicting the final fruit sugar content and QTL detection allowed the identification of co-localizations between QTL for quality traits and QTL for variables involved in fruit functioning such as the assimilate supply to the fruit, the metabolic transformation of sugars into other compounds, or the dilution by water uptake. Finally, an introgression line harbouring QTL for fresh weight and sugar content with opposite allele effects, and the line conferring the genetic background were studied at the transcriptome level during the cell expansion phase. Candidate genes whose expression levels could be associated to the variation of weight and sugar content led by a fruit load change were identified. The kinetic analysis of expressions from a set of candidate genes allowed establishing links between ecophysiological and molecular variables.

Le poids et la teneur en sucres du fruit sont deux caractères complexes, importants pour la qualité de la tomate. L’objectif de cette thèse est de disséquer ces deux caractères par une démarche pluridisciplinaire, impliquant des approches écophysiologiques, génétiques et moléculaires. Une population de 20 lignées d’introgression de Solanum chmielewskii dans le fonds génétique de S. lycopersicum a été cultivée en 2006 et en 2007 sous deux conditions de charges en fruits afin de moduler sa disponibilité en carbone : une forte charge où tous les fruits sont conservés sur les bouquets, et une faible charge constituée par un unique fruit par bouquet. Des indicateurs de processus écophysiologiques impliqués dans le poids et la teneur en sucres du fruit ont été mesurés ou estimés. Ils ont permis de caractériser les principaux processus écophysiologiques sous-jacents aux QTL de qualité, notamment la division et l’expansion cellulaire, la transpiration du fruit, et l’allocation carbonée pour la synthèse de composés structuraux. Un fort effet de la charge en fruits a été mis en évidence sur l’expression des QTL pour la plupart des caractères observés, indiquant l’occurrence d’interactions génotype x charge en fruits. L’utilisation d’un modèle écophysiologique prédisant la teneur en sucres d’un fruit de tomate à maturité, combiné à une détection de QTL, a permis d’identifier des colocalisations entre QTL de qualité et QTL de variables de fonctionnement du fruit telles que la fourniture du fruit en assimilats, la transformation métabolique des sucres en d’autres composés, ou la dilution des composés par l’entrée d’eau dans le fruit. Enfin, une lignée d’introgression portant des QTL de poids frais et de sucres avec des allèles aux effets opposés ainsi que la lignée conférant le fonds génétique ont été étudiées au niveau moléculaire par une analyse du transcriptome en phase d’expansion cellulaire. Des gènes candidats dont le niveau d’expression serait associé aux variations de poids et de teneurs en sucres du fruit, engendrées par une modification de la charge en fruits ont été identifiés. L’analyse en cinétique de l’expression de quelques gènes candidats a permis de mettre en évidence des liens entre variables écophysiologiques et moléculaires.