phase de croissance herbacée et de la maturation
2.3.4.2. Rôle des acides aminés dans la relation plante/stress
protéine et dans la floraison et le développement des fruits. L’acide γ-aminobutyrique (GABA) agit à la fois, en tant que tampon dans le métabolisme du carbone et de l’azote, comme régulateur du pH cytosolique, comme molécule de signal intracellulaire et comme médiateur dans l’interaction entre les plantes et les autres organismes (Shelp et al., 2006). De nombreuses recherches ont porté sur les acides aminés branchés car, dans les plantes, ils sont précurseurs de nombreux métabolites secondaires (Lea & Ireland, 1999). La cystéine est l’unique donneur de soufre pour l’ensemble des constituants cellulaires qui en renferment sous forme réduite. La synthèse de cystéine se situe à la fin de la séquence d’assimilation de soufre et au début de nombreuses voies de biosynthèse. Cette molécule et ses métabolites dérivés, possédant un groupement sulfhydryle libre sont communément appelés « thiols ». Les résidus cystéine sont importants pour stabiliser la conformation tertiaire et quaternaire des protéines par la formation de pont disulfure. La conversion des groupements thiols libres en pont disulfure et vice versa constitue un système réactif dynamique qui est à la base des échanges redox dans les protéines. Ces échanges sont impliqués dans la modulation du métabolisme cellulaire essentiel dans la réponse à l’environnement (Paget & Buttner, 2003). Libre ou liée aux protéines, la méthionine possède des fonctions très ubiquistes chez les plantes. Hormis son rôle en tant que constituant des protéines et son rôle central dans l’initiation de la traduction de l’ARNm, la méthionine régule indirectement une variété de processus cellulaires en tant que précurseur de « S-adenosylmethionine » (SAM) (Ravanel et al., 1998, Amir, 2010). SAM est le principal donneur biologique de groupements méthyle. Les substrats qui dépendent de ce précurseur participent à la fois au métabolisme primaire et secondaire.
2.3.4.2. Rôle des acides aminés dans la relation plante/stress
La proline et le GABA sont deux molécules décrites comme pouvant intervenir dans la réponse au stress des plantes. L’accumulation de proline a notamment été montrée en conditions de sécheresse (Choudhary et al., 2005), de salinité élevée (Yoshiba et al., 1995), d’irradiation aux UV (Saradhi et al., 1995), en
28 présence de métaux lourds (Schat et al., 1997), de stress oxydatif (Yang et al., 2009) et en réponse à des stress biotiques (Fabro et al., 2004, Haudecoeur et al., 2009). Le GABA agit en tant que protecteur contre le stress oxydatif et la défense contre les herbivores. Il est accumulé dans les plantes en réponse à différents stress, incluant la stimulation mécanique, les blessures chimiques, les chocs thermiques, l’hypoxie et l’acidification cytosolique (Bown & Shelp, 1997, Wallace et al., 1984).
Les acides aminés branchés (BCAA) sont également directement impliqués dans la réponse au stress des plantes. Par exemple, la proline, décrite précédemment, contribue seulement à hauteur de 10% du total des acides aminés libres induits lors de la réponse à la sécheresse ou au vieillissement chez Lathyrus
sylvestris L., ceci est inférieur à l’augmentation de valine, d’isoleucine, de leucine et
de méthionine (Shen et al., 1989). Des résultats similaires ont été constatés dans les feuilles d’Arabidopsis lors d’un stress hydrique, puisque l’augmentation d’isoleucine (90 fois) et de leucine (150 fois) était plus importante que l’augmentation de proline (80 fois) (Nambara et al., 1998, Joshi & Jander, 2009). L’augmentation plus importante des concentrations en BCAAs, par rapport à la proline en condition de stress hydrique a été également montrée dans des feuilles de tomate (Joshi & Jander, 2009). De plus, l’expression d’une « BCAAs aminotransferase », enzyme impliquée dans la dernière étape de biosynthèse de BCAAs, est induite en réponse à une déshydratation (Urano et al., 2009). L’augmentation des concentrations en valine et en leucine a aussi été observée en même temps que celle du pyruvate lors d’un stress hydrique (Good & Zaplachinski, 1994). Il a été proposé que ces BCAAs pouvaient servir à la synthèse de protéines induites lors d’un stress, mais également agir comme molécule signal de régulation de l’expression de certains gènes en condition de stress (Nambara et al., 1998).
La glycine, la lysine, l’alanine ainsi que la sérine peuvent parfois être impliquées dans la réponse au stress. Par exemple, il a été montré que l’alanine pouvait être accumulée dans les plantes en condition de stress hypoxique (Vanlerberghe et al., 1991), elle peut même devenir un des acides aminés
Figure 3 Assimilation du soufre et biosynthèse des composés de défense contenant du soufre d’après Raush et al. (2005)
29 majoritairement accumulé en condition anoxique ou hypoxique chez Medicago
truncatula (Ricoult et al., 2005, Ricoult et al., 2006). La sérine peut, quant à elle, être
le précurseur de glycine bétaine, qui est un osmoprotectant (Mansour, 2000, Venkatesan & Chellappan, 1998).
Même si la phénylalanine, au même titre que les acides aminés branchés par exemple, peut être synthétisée en plus grande quantité lors d’un stress osmotique (Shen et al., 1989), cet acide aminé ainsi que la tyrosine, l’histidine et le tryptophane, sont impliqués dans la voie des phénylpropanoïdes qui est responsable de la synthèse de molécules de défense telles que les composés phénoliques, des alcaloïdes ou des amines plus complexes (amines biogènes, polyamines).
Les concentrations en cystéine peuvent augmenter dans les plantes durant un stress provoqué par des températures basses (Guy et al., 1984, Walker & Mckersie, 1993). L’augmentation de synthèse de ce composé est reliée à une augmentation d’activité des trois enzymes clés de la réduction du sulfate assimilable (Brunner et al., 1995). De plus, les stress abiotiques provoqués par les métaux lourds ou le stress oxydatif affectent l’assimilation du soufre (Fig. 3). Par exemple, des plantes exposées à des métaux lourds tels que le cadmium synthétisent des phytochélatines (g-Glu-Cys)n-Gly à partir de cystéine (Domı nguez-Solı s et al., 2001, Nocito et al., 2002). Il a également été montré que l’augmentation de synthèse de cystéine chez du tabac transgénique qui surexprime une O-Acetylserine(thiol) Lyase modifie la réponse des plantes à un stress oxydatif (Youssefian et al., 2001).
La méthionine n’est pas directement impliquée dans la réponse aux stress des plantes. Néanmoins, elle est précurseur de molécules ayant un rôle dans cette relation. La S-adenosylmethionine intervient dans la synthèse d’alcaloïde, de flavonoïdes, d’acide hydroxycinnamique et de stilbènes (Kagan & Clarke, 1994, Sanja, 2006). Ces molécules peuvent intervenir dans les mécanismes de défenses des plantes lors d’attaques par des pathogènes. La méthionine est impliquée dans la synthèse de S-methylmethionine, qui est considéré comme un précurseur de
30 métabolite secondaire tel que le 3-dimethyl-sulfoniopropionate, un osmoprotectant accumulé par certaines plantes à fleurs ou par certaines algues (Hanson et al., 1994). Dans la famille des Brassicaceae, la méthionine est capable d’être l’intermédiaire réactionnel de la synthèse de divers métabolites secondaires appartenant à la famille des glucosinolates, qui sont impliqués dans la défense contre les pathogènes et les insectes (Gigolashvili et al., 2007, Hirai et al., 2007). Pour finir, la régulation de la méthionine, est fortement corrélée au métabolisme des acides aminés branchés (branched-chain amino acids) en condition de stress.
2.3.4.3. Rôle des acides aminés en œnologie
Les acides aminés constituent une source majeure de nutriment pour les levures et les bactéries lors des fermentations. Ces micro-organismes peuvent libérer des acides aminés après la fermentation, mais les vins sont généralement moins riches en acides aminés que les moûts. Le rôle des acides aminés sur le goût du vin est limité, même s’il a été montré qu'ils peuvent intervenir dans la sensation d'acidité en raison de leur capacité tampon (Dartiguenave et al., 2000). Ils peuvent aussi servir en tant que précurseurs pour la synthèse de composés aromatiques, tels que l'acétate d'isoamyle, l'acide isovalérique et l'acide isobutyrique et leurs esters éthyliques, ainsi que certains alcools, qui sont tous des sous-produits du métabolisme des levures (Ferreira et al., 2000).
L'arginine est une source importante d'azote pour la levure en raison de son catabolisme par l'arginase pour former la L-ornithine et l'urée, qui dans des conditions appropriées peuvent former du glutamate et de l'ammonium, respectivement (Large, 1986). L'excrétion de l'urée, qui résulte de ce métabolisme, par certaines souches de levure a des conséquences sur la formation de carbamate d'éthyle dans le vin (Henschke & Ough, 1991). L’arginine peut également être directement incorporée dans des protéines qui vont être transportées vers les vacuoles des levures et servir de réserve d'azote (Watson, 1976). La L-Proline est très peu utilisée lors de la fermentation alcoolique.
31 levures Saccharomyces cerevisiae, ou les bactéries lactiques Oenococcus oeni, va modifier significativement le profil aromatique des vins. La flore levurienne peut utiliser les acides aminés non seulement comme source d’azote, mais aussi comme agent réducteur sous condition restrictive en oxygène. Parmi ces acides aminés on peut retrouver la cystéine, qui va être utilisée par la levure pour restaurer la balance redox intracellulaire par oxydation du NADH en excès (Mauricio et al., 2001, Victoria Moreno-Arribas & Polo, 2005). La cystéine est également le précurseur d’hétérocycle contenant du soufre, tel que le thiazole. Les bactéries lactiques de type Oenoccocus oeni, sont capables de métaboliser la cystéine en différentes molécules aromatiques ayant comme descripteur les notes « soufré, floral, fruité, toasté » ou « rôti » (Pripis-Nicolau et al., 2004). Les thiols volatiles sont des constituants importants de l’arôme de différents aliments et boissons. Les vins de Sauvignon blanc, de Scheurebe ou de Verdelho contiennent des concentrations élevées de ces molécules (Darriet et al., 1995, Tominaga et al., 2000). Trois composés dans ce groupe appelés « methy-sulfanylpentan-2-one », « 4-methyl-4-sulfanylpentan-2-ol » et « 3-sulfanylhexanol » ont été retrouvés dans les raisins uniquement sous forme de précurseurs conjugués à la cystéine non volatile et inodore (Tominaga et al., 1998). Il a été montré que Saccharomyces cerevisiae pouvait hydrolyser la liaison entre l’unité aromatique et la cystéine, de ces précurseurs, grâce à une « cystéine-S-conjugate-lyase » lors de la fermentation alcoolique, permettant ainsi une libération d’arôme (Howell et al., 2005).
La méthionine intervient dans de nombreuses réactions lors de la vinification. La flore levurienne est capable de produire du méthionol (odeur de choux cuit) à partir de la méthionine. Il a été montré qu’une supplémentation en méthionine de moûts de raisin avant la fermentation alcoolique, augmente les teneurs en méthionol et en esters correspondants. Ces observations suggèrent que la quantité de méthionol dans le vin pourrait être autant influencée par les niveaux de méthionine que par la concentration en azote assimilable des moûts (Moreira et al., 2002, Bell & Henschke, 2005). Des bactéries lactiques isolées du vin sont capables de dégrader la méthionine pour former du méthanethiol, du
3-32 (methyldisulphanyl) propan-1-ol, du dimethyle disulphide, et de l’acide 3-(methyldisulphanyl) propionique. Ces composés sont formés en grandes quantités par Oenoccocus oeni et les deux premières molécules citées sont notamment caractérisées par des odeurs de « putréfaction » et de « chou cuit » respectivement (Pripis-Nicolau et al., 2004).
2.3.5. Les substances minérales
Les raisins sont riches en potassium, qui est un des macronutriments essentiels pour la croissance et le développement des baies. L'accumulation du potassium dans le fruit est lente avant la véraison et augmente fortement lorsque la phase de maturation commence (Blouin & Cruège, 2003, Ollat & Gaudillère, 1996). Le potassium est le cation principal du moût ( 900 mg/L en moyenne) (Blouin & Cruège, 2003) et il va avoir une forte influence sur le pH. Les teneurs en calcium, en magnésium et en oligoéléments métalliques vont diminuer au cours de la maturation, alors que les anions minéraux vont augmenter tout au long du développement du raisin.
3. Pellicule des raisins rouges
La baie de raisin contient principalement trois types de tissus : la pellicule, la pulpe et les pépins. A coté de ces derniers qui contiennent notamment des tannins oligomères, la pellicule est la structure essentielle déterminant la qualité des raisins et des vins, puisqu’elle est le siège de l’accumulation des principales molécules d’intérêt œnologique telles que les composés phénoliques et les précurseurs d’arômes. Elle permet également au raisin de résister aux conditions climatiques et à la pression mécanique exercée par l’expansion des cellules de la pulpe.
De plus, le changement d’état des baies et notamment son ramollissement au cours de la maturation est corrélé à de profondes modifications structurales et chimiques de la pellicule. Différents travaux ont mis en évidence les propriétés
Figure 4 Ultrastructure d’une pellicule de Cabernet sauvignon à maturité par microscopie électronique à transmission. C : Cuticule ; E : Epiderme ; H1 : Première assise cellulaire de l’hypoderme ; H2 : Seconde
assise cellulaire de l’hypoderme ; H3 : Troisième assise cellulaire de l’hypoderme. Cliché réalisé en
collaboration avec les pôles photoniques et électroniques du Bordeaux Imaging Center
C E H1 H2 H1 H3
33 mécaniques de la baie en relation avec la maturation (Rolle et al., 2008, Maury et al., 2009, Torchio et al., 2010). Cette modification de texture va entraîner non seulement une libération de molécules à la surface de la pellicule, que l’on appelle des exsudats, mais elle va également faciliter la pénétration d’agents pathogènes qui étaient jusqu’alors bloqués par une pellicule rigide et intacte.