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The Impact of Callose Metabolism on the Mechanical Properties of Cell Wall during Tomato Ripening .

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Variétés de tomates améliorées qui retardent le ramollissement

Une nouvelle approche génomique pourrait accélérer la recherche sur la sélection de tomates de haute qualité, savoureuses et qui ne ramollissent pas avant que les consommateurs ne les ramènent chez eux.

Alimentation et Ressources naturelles

La tomate, Solanum lycopersicum L., est l’une des cultures les plus produites dans le monde et constitue un modèle bien étudié de fruit charnu. C’est une excellente source d’antioxydants comme la vitamine C, les flavonoïdes, le bêta-carotène et les lypocènes. Cependant, environ 25 à 42 % du rendement est perdu après la récolte en raison d’un ramollissement prématuré et de l’attaque d’agents pathogènes des plantes tels que le champignon Colletotrichum coccodes. «Les stratégies visant à augmenter la durée de conservation des fruits charnus (comme la tomate) constituent un défi majeur dans les programmes d’amélioration génétique des fruits. L’amélioration de l’intégrité de la paroi cellulaire et des propriétés mécaniques est la première ligne de défense contre le ramollissement des fruits», note Yoselin Benitez-Alfonso, responsable du projet CallMechanics financé par l’UE. Candelas Paniagua-Correa, qui a obtenu une bourse dans le cadre du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, a analysé un groupe d’enzymes dégradant la paroi cellulaire, les bêta-1,3 glucanases, qui pourraient servir de cibles candidates pour l’amélioration de la qualité des fruits. L’objectif était d’abord d’identifier ces enzymes modifiant la paroi cellulaire pendant la maturation de la tomate, puis d’étudier comment elles affectent les caractéristiques des fruits, telles que la fermeté et la turgescence cellulaire, après que leur expression a été modifiée par des approches génétiques. CallMechanics n’a duré que six mois en raison de la pandémie de COVID-19 et des restrictions qui ont limité l’accès aux laboratoires. Néanmoins, des progrès significatifs ont été réalisés concernant le premier objectif.

Élucider le rôle des enzymes dégradant la callose

«Les bêta 1,3 glucanases dégradent la callose, qui est un bêta 1,3 glucane (un polysaccharide de la paroi cellulaire végétale) qui inhibe l’invasion et la propagation des pathogènes et contrôle le transport intercellulaire de signaux et d’autres molécules via des canaux de la paroi cellulaire appelés plasmodesmes», explique Candelas Paniagua-Correa. En effectuant une analyse phylogénétique, Candelas Paniagua-Correa a identifié 50 bêta 1,3-glucanases candidates de la tomate réparties en trois clades avec un ancêtre commun, (α, β et γ), selon les similitudes dans l’alignement des séquences. L’analyse des données des puces à ADN a révélé des profils d’expression différents selon les différents stades du fruit: l’expression d’un sous-ensemble d’enzymes dans le cluster α a diminué au cours de la phase de maturation, tandis que deux enzymes dans les clusters β et γ ont affiché une expression plus élevée dans les stades blanc-rouge. Les tests PCR quantitative par transcription inverse en temps réel ont confirmé les profils d’expression différentiels des bêta 1,3-glucanases et suggéré que ces divergences évolutives pourraient correspondre à des différences dans leur localisation et leur fonction prédites. Ces différences sont pertinentes pour la sélection de cibles visant à améliorer la durée de conservation des fruits. Les résultats de l’étude ont été publiés ici.

Une nouvelle orientation de la recherche sur le rendement des tomates

Les progrès réalisés par CallMechanics dans le domaine de la physiologie végétale et de l’agriculture reposent essentiellement sur la fusion de compétences issues de différents domaines, tels que la biotechnologie, la biochimie, la biologie moléculaire, la génétique et la biophysique, à l’aide des instruments de pointe les plus avancés. «En modifiant les concentrations de callose dans la plante, nous avons cherché à optimiser non seulement la fermeté de la tomate, mais aussi d’autres paramètres associés au ramollissement du fruit, comme la perméabilité de la paroi cellulaire et la sensibilité aux agents pathogènes», souligne Yoselin Benitez-Alfonso. «Notre approche pourrait avoir un impact significatif sur la durée de conservation des fruits.» Yoselin Benitez-Alfonso ajoute: «Les parois cellulaires sont reconnues comme une cible critique pour l’amélioration de la qualité des fruits. Des études récentes ont utilisé un outil d’édition du génome (CRISRP/Cas9) pour mutagéniser une autre enzyme de dégradation de la paroi cellulaire – la polygalacturonase – qui dégrade le composant pectique de la tomate, entraînant des retards dans le ramollissement des fruits. Pour autant que nous le sachions, notre projet a été le premier à cibler la callose. Étant donné les différents rôles que joue la callose dans le développement des plantes, notre approche d’édition du génome pourrait s’avérer fructueuse non seulement pour retarder le ramollissement, mais aussi pour améliorer d’autres paramètres importants tels que la croissance/taille des fruits, leur saveur et leur résistance aux maladies».

Mots‑clés

CallMechanics, tomate, ramollissement, callose, bêta-1,3 glucanases, enzyme dégradant la paroi cellulaire, édition du génome

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