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Maraîchage : Tomate et génétique

Tomate

Grands progrès en marche

 

Les amateurs de tomate ont de la chance. Leur fruit préféré a été choisi comme modèle pour étudier les bases biologiques de la qualité organoleptique et nutritionnelle des fruits charnus. L’intensité des efforts de recherche sur la tomate à l’échelle internationale n’est pas seulement la conséquence de son fort intérêt économique. Quand la génomique fonctionnelle a permis de s’intéresser de plus près à des caractères aussi complexes que la qualité des fruits charnus, c’est vers la tomate que les chercheurs se sont tournés pour choisir leur modèle. Car elle a des atouts certains.

 

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Ses avantages

Tout d’abord, un passé glorieux qui avait déjà vu fleurir une grande quantité d’études sur sa physiologie, son métabolisme ou encore sur sa maturation. Avant son séquençage complet, sa carte génétique était déjà assez dense et nombre de ses gènes déjà séquencés. Elle bénéficie enfin d’une biologie très pratique : cycles de développement assez courts avec plusieurs cultures possibles par an et un génome assez petit et manipulable qui facilite les études fonctionnelles.

Mais son caractère de fruit modèle ne s’arrête pas là. En tant que baie, la tomate peut également apporter, par exemple, des éléments de compréhension sur le fonctionnement du raisin. D’autre part, son génome est très proche d’autres Solanacées économiquement importantes comme la pomme de terre, l’aubergine, le piment ou le tabac. Elle est aussi génétiquement assez proche du café. Autant d’espèces pour lesquelles les gènes ou les régions chromosomiques intéressantes chez la tomate pourraient être mises à profit.

 

Perspectives d’amélioration

Des chercheurs de l’Université d’Ohio (Etats-Unis), de l’Inra et de l’Université de Valence (Espagne) ont identifié chez la tomate, Solanum lycopersicum, un gène contrôlant la taille du fruit. De plus, ce gène retarde la période de maturation du fruit. Les résultats de cette étude ouvrent des perspectives d’amélioration de la culture de la tomate, ainsi que celle du piment et de l’aubergine appartenant à la même famille botanique.

Avant d’être domestiquée par l’homme, la tomate, originaire des Andes, avait la taille d’une cerise. C’est au Mexique qu’elle est cultivée pour la première fois et qu’elle se développe avant d’être introduite en Europe au 16ème siècle. Aujourd’hui, la tomate est cultivée dans la plupart des pays et sa production est l’une des plus importantes au monde (environ 160 millions de tonnes par an). Ainsi, la tomate est l’objet de nombreuses recherches scientifiques. En 2012, le génome de cette espèce a été publié par le consortium du génome de la tomate, dont fait partie l’Inra.

L’étude a eu pour objectif d’identifier, grâce à une cartographie fine de son génome et des analyses fonctionnelles, un nouveau gène à effet majeur sur la taille et la masse du fruit de la tomate. Un seul autre gène à effet majeur sur la masse était jusqu’à présent connu chez la tomate. En recherchant des liens entre l’ADN et des caractéristiques morphologiques du fruit chez plusieurs espèces de tomates, dont des espèces sauvages et anciennes, les chercheurs ont ciblé plus particulièrement une région du génome portant un gène (SIKLUH) connu pour agir sur la taille chez d’autres espèces à fruits.

En inactivant ce gène, les chercheurs ont observé que les tomates obtenues étaient bien plus petites (voir illustration). Ils ont également remarqué que la maturation du fruit était précoce, suggérant que ce gène permet de retarder le murissement et ainsi laisser plus de temps au développement de sa masse.

Ces résultats seront utiles pour l’amélioration de la culture de la tomate, et ouvrent des perspectives pour le piment et l’aubergine, tous deux membres de la famille des Solanacées. Outre l’intérêt de cette découverte pour l’agronomie, elle permet une meilleure compréhension de l’histoire évolutive du génome de la tomate.

 

La tomate et la tolérance à la sécheresse

Dans le cadre d’une vaste collaboration internationale, des chercheurs ont séquencé le génome d’une tomate sauvage, Solanum pennellii. Ils ont notamment identifié des gènes majeurs impliqués dans la tolérance à la sécheresse et suggéré que les éléments transposables joueraient un rôle important dans la tolérance au stress.

Originaires d’Amérique du Sud d’où elles sont arrivées au XVIème siècle, les tomates que nous consommons aujourd’hui résultent d’un long processus d’amélioration. Si celui-ci a contribué à créer des lignées cultivées qui expriment des caractères d’intérêt initialement présents chez les plantes sauvages, il pourrait toutefois, être encore optimisé si l’on connaissait mieux le génome des tomates sauvages.
Parmi celles-ci Solanum pennellii. Très résistante aux stress et en particulier à la sécheresse, elle a été souvent utilisée dans des croisements classiques avec la tomate cultivée S. lycopersicum et les lignées dites d’introgression dans lesquelles de grandes régions génomiques de S. lycopersicum sont remplacées par les segments correspondants de S. pennellii arborent des performances agronomiques nettement supérieures. Tout récemment, une équipe internationale de scientifiques a séquencé et analysé son génome, ouvrant ainsi la voie à une meilleure compréhension des fondements génétiques des caractères d’intérêt de ce fruit.

Petite par la taille de son fruit, S. pennellii n’en renferme pas moins un génome de très grande taille, légèrement supérieur à celui de sa cousine cultivée S. lycopersicum, et qui montre une accumulation importante d’éléments transposables – des séquences répétées et mobiles d’ADN capables de se multiplier de manière autonome dans le génome où elles n’ont généralement pas de fonction identifiée. Ces éléments représentent plus de 80 % du génome de S. pennellii.

Les scientifiques ont mis en évidence que la cuticule de S. pennellii présente une teneur accrue en cires, qui vient en renforcer la fonction naturelle, à savoir éviter la perte d’eau à travers les feuilles.  Tout laisse donc penser que chez S. pennelli, la cuticule aurait été le siège d’une adaptation permettant de réduire les pertes d’eau par transpiration et de faciliter la survie en milieu aride.

Dans le contexte de l’amélioration des plantes cultivées, et donc de nos ressources alimentaires, cette étude apporte aussi un nouvel éclairage sur les mécanismes qui ont permis la diversification de cette espèce au cours de l’évolution et son adaptation à de nouveaux environnements.

 

Innovation et valorisation

L’innovation revêt de multiples facettes dont la diversité variétale (goûts, formes, couleurs…) et technologique (emballages, matériels…). Innover est nécessaire pour développer la compétitivité des entreprises de la filière, favoriser la consommation des fruits et légumes (frais et transformés). Le consommateur refusant de plus en plus le modèle industriel, l’innovation permet d’accentuer des valeurs liées à l’environnement, au développement durable, sans oublier le caractère pratique. Par exemple, la tomate a bénéficié d’innovations variétales qui ont permis sa segmentation, entrainant une hausse de sa consommation.

Par ailleurs, des variétés disparues ou en perte de vitesse ont été remises sur le marché sous une autre forme (mini-légumes) et ont connu un regain de consommation. De même, de nouveaux procédés ont vu le jour pour améliorer la qualité des fruits et légumes (atmosphère contrôlée, contrôle de la qualité gustative, packaging, brumisation et nébulisation, matériels de plantation et de récolte, traitements, production raisonnée et intégrée, transport…). A cet égard, le salon Fruit Logistica de Berlin s’impose aujourd’hui, comme le rendez-vous mondial des produits et services de la filière fruits et légumes…

 

Améliorer le rendement!

Les scientifiques du laboratoire Cold SpringHarbor (CSHL) à New York (Etats-Unis) ont découvert une nouvelle méthode pour améliorer les rendements d’une façon spectaculaire. Une équipe dirigée par le professeur agrégé Zachary Lippman a découvert un certain nombre de variations génétiques qui pourraient améliorer jusqu’à 100% la production des tomates.

« Traditionnellement, les producteurs se basaient sur la variation naturelle des gènes pour accroître les rendements. Toutefois, ces rendements ont stagné, » affirme Lippman. « Les producteurs ont un besoin immédiat de trouver de nouvelles manières pour produire plus de nourriture. »

Lippman a rajouté que « l’architecture de la plante est le résultat de l’équilibre délicat entre la croissance végétative (bourgeons et les feuilles) et la production de fleurs. Pour augmenter les rendements des cultures, nous voulons des variétés qui produisent autant de feuilles et tiges que de fruits, même si cela nécessite de l’énergie, une énergie produite dans les feuilles ».

Pour les tomates et pour d’autres plantes qui produisent des fleurs, l’équilibre entre la croissance végétative et générative est contrôlée par deux hormones antagonistes appelées florigène et antiflorigène.

Lippman et ses collègues ont montré que l’équilibre entre le florigène et l’antiflorigène pourrait ne pas être optimal pour les plants de tomates, en dépit de la longue période pendant laquelle les variétés naturelles ont été cultivées. L’étude a identifié une série de nouvelles mutations génétiques qui ont permis pour la première fois de régler l’équilibre entre le florigène et antiflorigène.

Cet équilibre maximise la production des fruits sans affecter l’énergie produite par les feuilles qui sont nécessaires pour soutenir ces fruits. « Nous avons constaté qu’il existe différentes combinaisons qui augmentent considérablement les rendements pour les tomates cerises et les autres types de tomates destinées à la consommation en frais, par rapport aux tomates qui sont traitées pour préparer la sauce, le ketchup et d’autres produits en conserve. »

 

La qualité nutritionnelle

En France, parmi les recherches fondamentales de l’Inra figurent des travaux sur l’amélioration des qualités nutritives de la tomate. Ainsi, le laboratoire agronomie et environnement de Nancy a montré que des périodes ciblées de carence en azote des plants permettaient d’augmenter les teneurs en polyphénols des tomates. Cette découverte n’a pas encore été expérimentée en serre, alors qu’elle serait facile à mettre en œuvre sur cette culture hors-sol.

Les vitamines telles que l’acide ascorbique (vitamine C) ont des bénéfices nutritionnels reconnus pour le consommateur. Les fruits et légumes sont notre principale source d’acide ascorbique et fournissent 70% de la vitamine C dont a besoin l’homme qui n’en synthétise pas. La tomate représente une source majeure de vitamine C en raison de la forte consommation de ce fruit. Une tomate peut contenir entre 10 et 50 mg/100g de matière fraîche de vitamine C et est donc assez riche en cette vitamine. Les fruits des espèces sauvages de tomate sont souvent très riches en vitamine C et sont une source de variabilité pour améliorer ce caractère. Des chercheurs ont donc focalisé leurs travaux sur la qualité nutritionnelle sur la vitamine C. Certaines des approches globales concernent également le lycopène, autre métabolite secondaire d’intérêt de la tomate.

 

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