Contrôle génétique

La maturation est une phase de développement génétiquement programmée qui met en œuvre l’expression des gènes spécifiques avec ou sans modulation des facteurs environnementaux.

2.4.3.1.Contrôle génétique de la synthèse des sucres

Le métabolisme des sucres est sous le contrôle complexe de plusieurs groupes de gènes : l’expression de certains gènes favorise la synthèse des sucres, d’autres gènes

favorisent leur dégradation (Cercós et al., 2006; Katz et al., 2011).

La synthèse du saccharose peut se faire via plusieurs voies métaboliques selon les phases de croissance du fruit. La saccharose phosphate synthase est une enzyme impliquée dans l’une des voies majeures de la synthèse du saccharose. Le gène codant pour cette enzyme est surexprimé pendant les deux phases II et III. Cependant, l’expression du gène codant pour la saccharose-6-phosphate phosphatase ; enzyme catalysant la synthèse du

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saccharose à partir du sucrose-6-P ; diminue pendant la phase II et augmente pendant la phase III (Katz et al., 2011).

Le saccharose peut être transporté par des transporteurs spécifiques et dégradé par l’invertase en fructose et en glucose. Ces derniers sont transportés par les transporteurs des hexoses. Très peu de gènes codants pour les transporteurs des sucres ont été identifiés. Parmi ces gènes on peut citer le CTG1108654 ; transporteur d’hexose, le CTG1105250 et le

CTG1106455; transporteurs du glucose et le CTG1107685 ; transporteur du saccharose. Le

saccharose transporté dans les vésicules à jus peut être métabolisé de trois façons ; dégradé par la saccharose synthase, dégradé par l’invertase cytosolique dans le cytosol ou stocké dans

la vacuole (Katz et al., 2007).

Le passage de la phase d’élargissement cellulaire à la phase de maturation se caractérise par la surexpression de la plupart des gènes codant pour les enzymes impliquées dans la dégradation des sucres tels que l’hexokinase, la fructokinase, la glucose-6-phosphate isomérase, la fructose bisphosphate aldolase, l’ATP-dependent 6-phosphofructose-1-kinase, la triose-phosphate isomérase et l’enolase protein. Les deux gènes codant pour le pyruvate ;

iCitrus ID 52671 et iCitrus ID 28935 sont également surexprimés au cours de cette phase de

transition (Katz et al., 2011).

Très peu de gènes codants pour la saccharose synthase ont été identifiés. Il s’agit du

CTG1104251, du CTG1098335, du CTG1097731 (homologues à AtSUS1 d’Arabidopsis

thaliana) et d’un autre gène homologue à AtSUS2. Selon Komatsu et al. (2002), parmi ces trois

gènes, il n y a qu’un seul gène CTG1104251 (nommé aussi CitSUSA) qui est exprimé au cours

de la maturation. En revanche, l’étude de Katz et al. (2007) montre qu’il y a au moins deux

autres gènes qui sont exprimés dans les fruits matures SUS1 and SUS2. Tandis que l’expression de CitSUS1 diminue au cours de la maturation, l’expression de CitSUSA

augmente. Ce dernier joue un rôle de « force du puits » (Katz et al., 2011).

L’invertase ayant un rôle clé dans la dégradation des sucres, elle est inactive au cours

de la maturation (Holland et al., 1999 ; Cercós et al., 2006). En effet, les gènes codant pour

l’invertase acide ; bFruct1 et bFruct2 et pour l’invertase alcaline CitCINV1 ne sont pas exprimés pendant la maturation. Ceci est probablement dû à l’invertase inhibitrice dont l’action inhibe les invertases acides et alcalines. Les gènes codant pour l’invertase inhibitrice s’expriment au cours de la maturation. Ces faits soulignent l’importance de la saccharose synthase dans la dégradation des sucres au cours de la phase finale de la croissance du fruit

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(Katz et al., 2011). Ainsi, tandis que l’invertase facilite l’expansion des cellules « puits » et le stockage des sucres pendant les premières phases de croissance du fruit, la saccharose synthase prends le relais pendant la maturation en favorisant les voies de clivage du

saccharose (Katz et al., 2007; Koch, 2004).

2.4.3.2.Contrôle génétique du métabolisme d’acide citrique

La synthèse du citrate se fait par deux réactions chimiques dont l’une est catalysée par l’ATP citrate lyase et la deuxième est catalysée par la citrate synthase. Trois gènes codant pour la citrate synthase ont été identifiés dans les cellules des vésicules à jus chez les

agrumes: le CTG1107592, le CTG11111984 et le CTG1105142 (Katz et al., 2007). Les deux

premiers sont homologues à At3g58750 (CSY2) et à At2g42790 (CSY3). Les protéines codées par ces gènes sont localisées dans le peroxysome d’Arabidopsis thaliana. En revanche,

CTG1105142 est homologue à l’At2g44350 (CYS4) qui est un gène mitochondrial chez

Arabidopsis thaliana (Pracharoenwattana et al., 2007). Un gène codant pour l’ACL, homologue du

gène At3g06650 d’Arabidopsis thaliana a également été mis en évidence (Katz et al., 2007).

L’acide citrique accumulé au niveau de la vacuole est ensuite transloqué vers le cytosol pour être métabolisé en acide isocitrique puis en 2-oxoglutarate sous l’action successive d’aconitase cytosolique et d’isocitrate NADP. Il a été remarqué que l’expression des gènes codant pour l’aconitonase cytosolique et l’isocitrate NADP augmente pendant la maturation des fruits ce qui suggère leur implication dans le catabolisme de l’acide citrique

(Cercós et al., 2006). La surexpression de ces gènes caractérise selon Katz et al. (2011) la transition de la phase II à la phase III.

L’aconitase est codée par trois gènes ; CcAco1, CcAco2 and CcAco3. Selon Terol et al.

(2010), les deux gènes CcAco1, CcAco2 sont associés à la détermination de la période de diminution d’acidité. De façon similaire, la décarboxylation de l’isocitrate en 2-oxoglutarate est régulée par trois gènes d’IDH (isocitrate NADP). Il s’agit du CTG1093369 et du

CTG1107030, deux gènes mitochondriaux codant pour le NAD⁺-dependent et du

CTG1102843 codant pour le NADP⁺-dependent. Trois autres isoformes dont deux localisées

dans la mitochondrie et une autre localisée dans le cytosol ont également été mises en évidence. Ceci semble donc confirmer que le citrate est transporté de la mitochondrie pour

être catabolisé dans le cytosol en isocitrate et en 2-oxoglutarate (Katz et al., 2007).

Plusieurs autres réactions enzymatiques se suivent suite à la synthèse de 2-oxoglutarate. Une cascade de réactions est déclenchée suite à la production de ce substrat qui finit par la synthèse du succinate. Plusieurs gènes codant pour des enzymes catalyseurs de ces

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réactions ont été identifiés. Chaque gène est présent sous différentes formes telles que le gène codant pour le 2-oxolglutarate dehydrogenase qui est présent sous deux formes ; le

CTG1106938, homologue de l’At3g55410 et un isoforme homologue à l’At5g65750,.

L’expression de ces gènes augmente au cours de la maturation (Katz et al., 2007)

Des études d’expression par puce à ADN et par PCR en temps réel indiquent qu’une augmentation continue de l’expression des gènes codant pour l’aspartate aminotransférase et

l’alanine aminotransférase contribuent à la synthèse de glutamate (Katz et al., 2011).

L’augmentation de l’expression des gènes codant pour le glutamate au cours de la maturation des fruits ne se traduit pas par une augmentation de concentration. En effet la teneur en glutamate reste constante tout au long de ce processus ce qui suggère que le glutamate est utilisé dans d’autres voies de synthèse. Les études d’expression qui s’intéressent au métabolisme des acides ont mis en évidence l’existence de deux voies d’utilisation du glutamate: la conversion en glutamine ou en GABA (acide gamma-aminobutyrate aminotransférase). L’augmentation de l’expression de c-thi1, gène codant pour l’enzyme de synthèse de thiasole, montre que la glutamine est utilisée pour la production de la thiamine suite à l’action combinée de thiasole et d’aminomethylpyrimidine. En ce qui concerne la voie de synthèse de GABA, les études d’expression par puce à ADN et par PCR en temps réel montrent que les plus hauts niveaux d’expression des gènes codants pour le glutamate décarboxylase et le GABA aminotransférase (enzymes catalysant la synthèse d’acide

succinique) sont induits au cours de la période caractérisée par la perte d’acidité (Cercós et al.,

2006; Katz et al., 2011).

2.4.3.3.Contrôle génétique du métabolisme des caroténoïdes

Plusieurs changements dans les voies du métabolisme secondaire ont lieu durant le développement de la pulpe. Parmi ces changements on peut citer:

-une diminution du nombre de récepteurs de la réductase protochlorophyllide d’où la diminution de la biosynthèse de chlorophylle au bénéfice de l’accumulation des caroténoïdes ce qui permet le virement de la couleur du jus vers sa couleur typique selon les variétés ; -une répression de la chalcone synthase, de la chalcone isomérase et de la flavonoïdes-3-monooxygénase indiquant une diminution de la synthèse des anthocyanes et des flavonoïdes

au niveau des fruits matures (Cercós et al., 2006).

En ce qui concerne la synthèse des caroténoïdes, la maturation est marquée aussi par un changement des voies métaboliques dans le flavédo qui bascule de la synthèse des β,ϵ -caroténoïdes vers celle des β,β--caroténoïdes. Ce changement se traduit par une augmentation de l’expression du gène CitLCYb contre une diminution de celle du CitLCYe. Cette phase se

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caractérise également par une augmentation simultanée de l’expression des gènes codant pour la synthèse des xanthophylles (CitPSY, CitPDS, CitZDS, CitLCYb, CitHYb, and CitZEP) dans

le flavédo et les sacs à jus de la mandarine Satsuma et de l’orange Valencia (Kato et al., 2004).

3. L’abscission des fruits au cours de la maturation des agrumes