La paroi cellulaire est un réseau fibrillaire relativement rigide englobant la cellule végétale (Figure 3), formée d’une paroi primaire et parfois d’une paroi secondaire.
La paroi cellulaire primaire est un organelle essentiel et doit être suffisamment rigide pour donner la structure, la taille et la forme à la cellule. Elle joue un rôle important dans la croissance des plantes, la différenciation cellulaire et la communication intercellulaire par
11 l’intermédiaire des plasmodesmes (Robarts et Lucas, 1990). Elle protège également les cellules des chocs osmotiques en résistant à la pression de turgescence et son intégrité est déterminante dans les processus d’infections par les agents pathogènes (Carpita et al., 1993). La paroi cellulaire secondaire est déposée après l’expansion cellulaire et diffère de la paroi primaire à la fois dans sa composition chimique et son architecture (Mc Cann et Roberts, 1990).
La paroi n'est pas une structure statique mais contient beaucoup d'enzymes capables de modifier les polysaccharides constituant cette matrice (Fry, 1995). Par conséquent, la composition et la structure de la paroi cellulaire changent continuellement pendant le développement de la cellule végétale impliquant une série coordonnée de processus biochimiques comme la biosynthèse des composants de la paroi cellulaire pendant la phase de croissance de la cellule puis leur dégradation ou leur réarrangement pendant la phase de maturation du fruit (Goulao, 2008).
Pendant la phase de croissance, l'épaisseur des parois cellulaires de l’épiderme externe augmente et les parois des cellules hypodermiques externes s'épaississent considérablement (Hardie et al, 1996). Au début de la véraison, le ramollissement des pellicules de raisin est dû à l'hydratation et au gonflement des parois des cellules épidermiques et sous-épidermiques tandis que la dégradation de la lamelle moyenne dans les assises cellulaires sous-jacentes crée un mouvement d’« ondulation » de la paroi cellulaire (Rajei, 1987 ; Huang et al., 2005). Certaines cellules hypodermiques de ces assises évoluent en cellules de la pulpe au cours du développement de la baie de raisin. De nombreux travaux (Fougère-Rifot et al., 1996 ; Ollat
et al., 2002 ; Huang et al., 2005 ), décrivent l’évolution des parois cellulaires en deux phases :
dans un premier temps, les parois des cellules hypodermiques perdent leurs polysaccharides mais maintiennent leur épaisseur, puis dans un second temps, les parois s’affinent pour devenir aussi fines que les parois des cellules de la pulpe. Ces changements structurels, comme pour les autres fruits charnus, seraient liés à l’action des enzymes de dégradation des parois cellulaires.
12 II.2 Structure et composition de la paroi cellulaire
La paroi cellulaire est constituée d’un réseau complexe de macromolécules constitutives (Figure 4). Les microfibrilles de cellulose dont le positionnement est maintenu par les hemicelluloses constituent la trame rigide de la paroi. Un réseau de pectines consolide ce maillage et influence, par leurs propriétés ioniques, l’activité des enzymes pariétales. La paroi cellulaire est également riche en matériel non polysaccharidique composé de protéines structurales et de protéines à activité biologique (enzymes pectolytiques).
Les protéines structurales sont subdivisées en trois classes : les glycoprotéines riches en hydroxyprolines (HRGP) impliquées dans l’intégrité structurale et la croissance, les protéines riches en glycine (GRP) participant également à la structure pariétale et les protéines riches en proline (PRP) participant à l’élongation pariétale (Showalter, 1993).
13 Comme pour la plupart des végétaux, la paroi cellulaire des baies de raisin est composée de 90% de polysaccharides et 10% de protéines (Nunan et al., 1997). Elle contient également d’autres éléments tels que le calcium, qui en plus de son rôle dans la signalisation cellulaire et de ses rôles physiologiques, intervient dans la cohésion des parois en se liant aux polysaccharides pectiques. Les parois sont alors plus rigides et moins accessibles aux enzymes pectolytiques, en particulier celles produites par les pathogènes. A maturité, le calcium migre de la pulpe vers la pellicule et la majeure partie de cet élément se situe dans les fractions pariétales (Chardonney, 1994). Au contraire les cellules de la pulpe sont riches en potassium intracellulaire et les teneurs en calcium pariétal sont faibles.
II.2.a La cellulose
La cellulose, de par son rôle de trame rigide, est le constituant polysaccharidique majeur : 25% de la paroi cellulaire. La cellulose est un polymère monotone formé de chaînes linéaires non ramifiées d’unités β-D-glucopyranosides liées en position (1→4). Les fibrilles de cellulose sont synthétisées au niveau de la membrane plasmique par le complexe de la cellulose synthase. Les molécules de cellulose sont formées par addition de glucose et des liaisons hydrogènes intra- et inter-chaînes formant un réseau de microfibrilles rigides, insolubles et cristallines. Les microfibrilles de cellulose se positionnent ensuite par rapport au réseau cellulosique déjà en place dans la paroi.
La chimie et la structure de la cellulose expliquent son rôle de trame rigide de la paroi et sa flexibilité s’explique par le degré de liberté au niveau de chaque liaison hydrogène. Le ramollissement du fruit lors de la maturation ne semble pas être lié aux changements structuraux de la cellulose mais à une dégradation des composants non cellulosiques conduisant à une perte d’organisation du réseau fibrillaire (Gross et Wallner, 1979 ; Ahmed et Labavitch, 1978).
II.2.b L’hémicellulose
Les hémicelluloses sont une large famille de polysaccharides dont la diversité s’observe au niveau des sucres constitutifs mais également dans la nature des liaisons qui interviennent dans la structure. Les hémicelluloses synthétisées dans les vésicules golgiennes et exportées dans la paroi par exocytose, sont majoritairement des xyloglucanes. Il s’agit
14 d’hétéropolymères avec une structure répétée de glucoses liés en β-1,4 et de courtes chaînes latérales de xylose, de galactose et de fucose. La conformation de la chaîne principale de ce polymère serait responsable des liaisons hydrogènes avec les microfibrilles de cellulose mais la présence des chaînes latérales empêcherait la formation de fibrilles d’hémicellulose. Les xyloglucanes jouent un rôle fondamental dans le maintien de la trame cellulosique de la paroi.
Au cours de la maturation des fruits, des enzymes spécifiques telles que les endoglucanases, les xyloglucan endotransglycosidases et les expansines contribuent à la dépolymérisation des xyloglucanes (Brummell et Harpster, 2001). Cette dépolymérisation est plus ou moins marquée en fonction des fruits. Chez la fraise, les hémicelluloses se dépolymérisent de façon significative, avec une réduction de leur masse molaire (Huber, 1984 ; Rosli et al., 2004). Au contraire, chez la tomate (Tong et Gross, 1988) ou le melon (Ross et al., 1993), très peu de variations du poids moléculaire de ces composés ont été notées au cours de la maturation.