Caractérisation chimique, biochimique et moléculaire des fruits d’agrumes

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

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

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 5.0 6.0 // 0.4 0.8 1.2 Acidité (%) Maturation Citrons, Limes Mandarines, Oranges, Clémentines La baisse d’acidité de certains fruits peut entraîner une baisse de leur qualité L’acidité est un critère majeur du cahier des charges de l’IGP « Clémentine de Corse  20 000 tonnes /an Cette baisse d’acidité peut donc entraîner son retrait du label et ainsi diminuer sa valeur commerciale

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

Comparaison entre variétés acides et non acides 3 espèces d’agrumes : Orangers Citronniers Limettiers 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

Taille et poids du fruit La stratégie 1 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 II Stade III Stade I Nouaison Taille et poids du fruit Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc. Jan. Stade I : Division cellulaire Mise en place des différences entre fruits acides et doux ? Stade II : Grossissement du fruit Stade III : Maturation Les variétés acides ont surtout été étudiées au stade III Aucune donnée disponible sur les variétés douces aux stades I et II

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

Les acides organiques des fruits doux au stade II 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 Quels « osmoticums » remplacent l’acide citrique ?  RMN 13C Fruits acides : acide citrique Fruits doux : sucres Les 3 principaux sucres solubles : saccharose, glucose et fructose

Les principaux composés variant entre les fruits acides et doux au stade II Fructose (mg g-1 MF) Acide citrique (mg g-1 MF) 10 20 30 40 50 60 70 Fruits Doux Orange acide Citron et Lime acides 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

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

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

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

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

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

Identification des composés aromatiques responsables de la typicité gustative des jus de fruits par SPME, CPG/Ir et CPG/SM Jus de mandarine et de clémentine (parents) Jus de 65 hybrides issus du croisement des deux parents Mand. Clém. Hybr. Mand. Hybr. Clém. a-Pinène 2,2 0,4 0,2-1,3 0.9-1.3 Myrcène 1,7 3,4 0,5-4,1 1.7-2.0 Limonène 66,3 90,0 75,8-93,3 56,8-72,6 g-Terpinène 21,1 0,3 0,1-13,2 9,8-36,4 Linalool tr 0,1-2,7 tr-3,1 44 constituants identifiés représentant environ 95 % de la fraction volatile des jus d’agrumes

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

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

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

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

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

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.

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