Study of heritability and factors contributing to the variation in yield, composition and aromatic properties of the essential oil extracted from the peel of sweet oranges (Citrus sinensis L. Osbeck) and sour oranges (C. aurantium L.) | Etude de l’hérédité et des facteurs de variation du rendement, de la composition et des propriétés aromatiques des huiles essentielles d’oranges (Citrus sinensis L. Osbeck) et de bigarades (C. aurantium L.)

Cette thèse est confidentielle jusqu’au 11/07/2027.

English. The presence of essential oils in the fruit skin and leaves is a specificity of citrus fruits such as orange and sour orange. This essential oil contains numerous compounds, varying in quantity and number according to the species or variety, and some of which have aromatic properties highly appreciated by consumers and by the agri-food, cosmetics and perfume industries. The quantity of aromatic compounds can vary according to many factors related to cultivation techniques, environment (climate, soil), fruit maturity, skin drying methods and genetics (mutants and hybrids). This variation in the essential oil composition can cause a modification of the aroma and thus change the characteristics of the fruit or of a processed product. The objective of the thesis was therefore to evaluate the impact on the chemical composition and aroma profile of rootstock, ploidy, stage of fruit development, variability, drying and preservation of the fruit skin, and genetics related to mutation (varietal diversity) and that produced by hybridization (progeny). The essential oils were extracted by hydrodistillation, their composition determined by gas chromatography coupled with a flame ionization detector and a mass spectrometer. In parallel, their aromas were characterized by different sensory analyses. Genetic markers such as microsatellites (SSR) and nucleotide polymorphism (SNP) were used to assess the genetic diversity of the varietal collection of sweet and sour oranges and to build a genetic map of orange via a genotyping sequencing approach (GBS) to locate the quantitative trait loci (QTLs) of the aromatic compounds.The chemical composition of the peel essential oil (PEO) of both citrus fruits is dominated by limonene representing more than 90% of the total hindering the analysis of the variability of other compounds. The chemical composition and aromatic profile of essential oils are modified by several factors. Hybridization is obviously the most disturbing factor because the orange tree is an interspecific hybrid and therefore very heterozygous, and very few clementine/orange hybrids reproduce an aromatic profile similar to that of orange. On the other hand, varietal diversity, mainly based on mutation, generates very little variation, either aromatic or chemical. Nevertheless, atypical profiles of few sour orange cultivars have been identified as hybrids originated from a different cross than the regular genotypes. The stage of fruit development has also a strong influence but only when the fruits are small and immature (July - September). The rootstock and the ploidy level have only a weak influence on the composition and aromatic profile of orange PEO. In post-harvest, the drying method induces, under the action of heat, the disappearance of compounds of the family of oxygenated monoterpenes and aliphatic aldehydes, which leads to the deterioration of the aromatic profile. On the other hand, all the factors studied significantly modify the oil yield. Genetic mapping located twenty quantitative trait loci of fifteen compounds and essential oil yield, some of which were positioned in the same linkage groups.During the course of this thesis, the main factors of instability in orange and sour orange essential oil were quantified and suggestions were made for further work to better control flavor quality. Recommendations of treatments to be applied on orange and sour orange peels drying to preserve their aromatic quality were proposed.

French. La présence d’huiles essentielles dans la peau des fruits et des feuilles constitue une spécificité des agrumes tels que l’orange et la bigarade. Cette huile essentielle contient de nombreux composés, variables en quantité et en nombre selon l’espèce ou la variété, et dont certains possèdent des propriétés aromatiques très appréciées par les consommateurs et par l’industrie agroalimentaire et des cosmétiques et des parfums. La quantité des composés aromatiques peut varier en fonction de nombreux facteurs liés aux techniques culturales, à l’environnement (climat, sol), à la maturité des fruits, aux méthodes de séchage de la peau et à la génétique (variétés et hybrides). Cette variation de composition de l’huile peut provoquer une modification de l’arôme et donc changer les caractéristiques du fruit ou d’un produit transformé. La thèse avait donc comme objectif d’évaluer l’impact sur la composition chimique et le profil aromatique : du porte-greffe, de la ploïdie, du stade de développement du fruit, de la variabilité, du séchage et de la conservation de la peau des fruits et la génétique liée à la mutation (diversité variétale) et celle produite par l’hybridation. Les huiles essentielles ont été extraites par hydrodistillation, leur composition déterminée par chromatographie en phase gazeuse couplée avec un détecteur à ionisation de flamme et avec un spectromètre de masse. En parallèle leurs arômes ont été caractérisés par différentes analyses sensorielles. Des marqueurs génétiques ciblant des microsatellites et le polymorphisme nucléotidique ont été utilisés pour évaluer la diversité génétique de la collection variétale des deux espèces d’agrumes et construire une carte génétique de l’oranger via une approche de génotypage par séquençage pour localiser les locus de caractères quantitatifs des composés aromatiques.La composition chimique de l’huile essentielle de zestes des deux agrumes est dominée par le limonène qui représente plus de 90% de l’huile essentielle ce qui gêne l’analyse de la variabilité des autres composés. La composition chimique et le profil aromatique des huiles essentielles sont gouvernés par plusieurs facteurs. L’hybridation est évidemment le facteur le plus perturbant car l’oranger est un hybride interspécifique donc très hétérozygote et très peu d’hybrides clémentinier/oranger reproduisent un profil aromatique semblable à l’orange. A l’opposé, la diversité variétale surtout basée sur la mutation n’engendre que très peu de variation tant aromatique que chimique. Néanmoins, chez les bigaradiers des profils atypiques ont été détectés issus d’hybridations identifiées comme différentes de la phylogénie des bigaradiers classiques. Le stade de développement du fruit a aussi une forte influence mais seulement lorsque les fruits sont petits et immatures (juillet – septembre). Le porte-greffe ainsi que son niveau de ploïdie et celui du scion n’ont qu’une faible influence sur la composition et le profil aromatique. En post-récolte, la méthode de séchage est très influente en induisant sous l’action de la chaleur la dégradation de composés de la famille des monoterpènes oxygénés et des aldéhydes aliphatiques ce qui entraine la détérioration du profil aromatique. En revanche, tous les facteurs étudiés modifient de manière importante le rendement en huile. La cartographie génétique a localisé vingt locus de caractères quantitatifs de quinze composés et du rendement en huile essentielle dont certains positionnés dans les mêmes groupes de liaison.Au cours de cette thèse, les principaux facteurs d’instabilité de l’huile essentielle d’orange et de bigarade ont été quantifiés et des suggestions ont été faites quant aux travaux complémentaires à réaliser pour mieux contrôler la qualité des arômes. Des recommandations de traitements à appliquer sur le séchage des peaux d’orange et de bigarade pour préserver au mieux leur qualité aromatique ont été proposées.