Caractérisation chimique, biochimique et moléculaire des fruits

d’agrumes

Interactions INRA/Université de Corse

Projet Ressources naturelles3 équipes :• Biochimie et biologie moléculaire du

végétal • Chimie et biomasse • Chimie des produits naturels

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

Objectif

L’acidité caractéristique des agrumes

Cette baisse d’acidité peut donc entraîner son retrait du label et ainsi diminuer sa valeur commerciale

L’acidité de la pulpe est évaluée : pH et acidité titrable

Un des principaux critères de la qualité des fruits d’agrumes : calibre, absence de pépin, coloration, sucres…

La majorité des études ont été réalisées au cours de la maturation du fruit

5.0

6.0

//

0.4

0.8

1.2Acidité (%)

Maturation

Citrons, Limes

Mandarines, Oranges, Clémentines

L’acidité est un critère majeur du cahier des charges de l’IGP « Clémentine de Corse 20 000 tonnes /an

La baisse d’acidité de certains fruits peut entraîner une baisse de leur qualité

L’acidité et la composition en acides organiques

L’acidité de la pulpe varie en fonction des espèces au moment de la récolte

L’acidité est liée à la composition en acides organiques : acide citrique

0

1

2

3

4

5

6

7

Acid

ité

(%

)

A maturité

La concentration en acide citrique varie également selon les espèces

10

20

30

40

50

60

0

Acid

e c

itri

qu

e(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

0

Acid

e m

aliq

ue

(g L

-1)

3 espèces d’agrumes : OrangersCitronniersLimettiers

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

Comparaison entre variétés acides et non acides

La stratégie

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

1

Stade II : Grossissement du fruitStade III : Maturation

Stade I : Division cellulaire

Stade II Stade III Stade I

Nouaison

Taille

et

poid

s d

u f

ruit

Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc. Jan.

Les variétés acides ont surtout été étudiées au stade III

Aucune donnée disponible sur les variétés douces aux stades I et II

Mise en place des différences entre fruits acides et doux ?

Les acides organiques des fruits acides au stade II

Acide tartrique

Acide quinique

Acide citrique

Acide ascorbique

Acide malique

Acide succinique

Orange acide

L’acide citrique est l’acide organique majoritaire des fruits acides

Citron acide

Lime acide

Les acides organiques des fruits doux au stade II

Orange douce

L’acide citrique n’est pas majoritaire chez les fruits doux

Au stade II, les autres acides ont des teneurs faibles et constantes Quels « osmoticums » remplacent l’acide

citrique ?

Acide citrique

Citron doux Lime douce

RMN 13CFruits 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

Fru

cto

se (

mg

g-1 M

F)

Acide citrique (mg g-1 MF)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 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 ?

Mitochondrie

Citrate Malate

KREBS

Pyruvate

Acétyl-CoA

Pyruvate

Vacuole

Saccharose

Cytosol

PHOTOSYNTHESE

Glucose Fructose

Citrate

Fructose

Saccharose

Glucose

PEP

Fructose

Glucose

Citrate

Isocitrate

Transport ?Métabolisme ?

Métabolisme ?

Transport ?

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

Pyruvate

Acétyl-CoA

Pyruvate

Saccharose

Glucose

Fructose Fructose

Saccharose

GlucosePEP

Fructose

Glucose

Citrate

Citrate

α-cétoglutarateIDHIsocitrate

ACO

Modèle « Fruits Acides »

Vacuole

Hydrolyse chimique ?

pH 2,5

Malate

OAA NA

DP

-EM

X

Malate

OAA

Malate

OAA PEPC

Citrate

X

Pyruvate

Acétyl-CoA

Pyruvate

Saccharose

Glucose

Fructose Fructose

Saccharose

GlucosePEP

Fructose

Glucose

Malate Malate

Vacuole

Invertase

Citrate

pH 5,0

OAA NA

DP

-EM

OAA PEPC

Modèle « Fruits Doux »

Citrate

Succinate

α-cétoglutarate

IDH

Isocitrate ACOCitrate

X

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

44 constituants identifiés représentant environ 95 % de la fraction volatile des jus d’agrumes

Mand. Clém. Hybr. Mand. Hybr. Clém.

-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

-Terpinène 21,1 0,3 0,1-13,2 9,8-36,4

Linalool 0,3 tr 0,1-2,7 tr-3,1

HM

HC

• HHCC : 31 individus : 31 individus : : 93 % < limonène > 76 % 93 % < limonène > 76 % 0,1 % < 0,1 % < -terpinène < 6 %-terpinène < 6 %

• HHMM : 28 individus : 28 individus : : 73 % < limonène > 57 % 73 % < limonène > 57 % 10 % < 10 % < -terpinène < 31 %-terpinène < 31 %

6 hors corrélation6 hors corrélation

• 2 sous groupes 2 sous groupes d’hybrides de la d’hybrides de la mandarinemandarine

• 3 sous groupes 3 sous groupes d’hybrides de la d’hybrides de la clémentineclémentine

Approche statistique

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 Données sur 1 et axe 2 (96% )

123456

78910

11

121314151617

1819

2021222324252627

28

29

3031

3233

3435

36

3738

39404142

43

44

45

46

4748495051

5253

54

5556

5758

5960

61

6263

64

65

66

67

68

69

70

-20

-15

-10

-5

0

5

10

-30 -20 -10 0 10 20 30

- - axe 1 (90% ) - - >

-- a

xe

2 (

6%

) -

->

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

hybrides

115114

113

112

111

110

109

108107

106105

104103

102

101

100 99

9897

9695

94 9392

91

90

8988

8786

85

84

8382

81

80

79

78

7775

74

7371

70

69

6866

65

6463

6261 60

59

58

57

5655

5453

52 51

50

4948

4746 45

44

4342

41

40

39

38

3736 35

34

33

32

31

30

29

28

272625

24

23 22

21

20

19

18

17

16

15

1413

11

1098

7

6

5

4

3 2

1

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

-60 -40 -20 0 20 40 60

- - axis 1 (68% ) - - >

axis

2

(18%

) >

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.

• 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

Perspectives