The cDNA CM-AATI from melon was expressed as a fusion protein in yeast, Saccharomyces cerevisiae. The protein exhibited alcohol acyl-transferase (AAT) activity, producing ester compounds from a wide range of alcohols and acyl-CoAs. A second cDNA clone, Le-AAT1 was identified by heterologous screening of a tomato fruit library with the melon CM-AAT1 probe. The amino acid sequence of the encoded protein showed some similarities to many proteins using acyl-CoAs as substrates, including CM-AAT1. The Le-AAT1 open reading frame (ORF) consists of 1329 nucleotides, encoding 442 amino acids, while the CM-AATI ORF is 1431 nucleotides in length with a deduced sequence of 476 amino acids. Although the Le-AAT1 showed 43% identity to the CM-AAT1 at the amino acid level, the yeast expressed protein demonstrated AAT activity. On the other hand, a second melon clone, CM-AAT2, encoding a 475 amino acid protein, which is 86% identical to the CM-AAT1 protein, did not show AAT activity. The CM-AAT1 fusion protein was active over pH 6.0 to pH 8.0 in vitro with activity being enhanced by Mg2+, whereas the Le-AAT1 protein performed efficiently at pH between 6.0 and 9.0 with Na+. The activity of the CM-AAT1 protein probably requires posttranslational modifications since the protein expressed in Escherichia coli was inactive. Northern analysis of RNA from a range of tissues including developing fruit showed that the melon CM-AAT1 and the tomato Le-AAT1 are fruit ripening specific genes. The endogenous CM-AAT1 mRNA was ethylene inducible and the expression dramatically reduced in transgenic low ethylene melon. The expression of Le-AAT1 mRNA was also enhanced by exogenous ethylene, but the levels were still high in low ethylene tomatoes. The ADH2 protein, which can transform aldehydes to alcohols, was found to be expressed in various organs of tomato and highly expressed at the late ripening stages. Exogenous ethylene could not induce high accumulation of the ADH2 mRNA. Tomato plants were transformed with gene constructs containing the CM-AATI sense and partial Le-AATI antisense cDNAs with either CaMV 35S promoter or tomato ACO I promoter. The production of all selected volatile compounds greatly increased during tomato fruit ripening. Although ester volatiles were rarely generated at the start of fruit development, they were produced in significant amounts as ripening proceeded, but were still low, compared to other volatiles. There was, however, no statistical difference of the ester concentrations in fruit between control and transgenic tomatoes.

A cours du développement du fruit, son statut oxydatif évolue entraînant une évolution concomitante des activités enzymatiques antioxydantes et ceci en interaction avec des hormones impliquées dans le développement et la maturation du fruit. Ces enzymes antioxydantes sont la superoxyde dismutase (SOD) et la Catalase (CAT) mais également de celles du cycle d’Haliwell-Asada (ascorbate peroxydase (APX), monodehydroascorbate reductase (MDHAR), dehydroascorbate reductase (DHAR) et gluthation reductase (GR) impliquées également dans le recyclage de l’ascorbate. L’objectif de la thèse est de comprendre les interactions existant entre le stress oxydatif induit par les stress environnementaux au niveau des organes végétatifs et le recyclage de l’ascorbate dans les fruits de tomate (cv Micro-Tom).Dans une première partie nous montrons qu’un déficit hydrique contrôlé et rapide induit une diminution du potentiel hydrique foliaire (Ψh) sans aucun symptôme de stress photo-oxydatif détectable au niveau du PSII après 24h et sans que le statut hydrique du fruit ne soit affecté. Dans ces conditions, on observe toutefois une augmentation du H2O2 dans les fruits et une augmentation de l’activité des enzymes antioxydantes et de celles impliquées de recyclage de l’ascorbate. Par ailleurs, nous montrons une production de NO et de ABA en réponse au stress dans la plante. La localisation de NO a été réalisée par microscopie à fluorescence en utilisant la nouvelle sonde NO, la NO550 (mise au point pendant le doctorat).Afin de déterminer si NO est responsable de la mise en place de la réponse antioxydante du fruits en interaction avec l’ABA et H2O2, une approche pharmacologique a été réalisée. Les résultats montrent une augmentation des activités de ces enzymes en présence de ces trois molécules, avec une plus forte augmentation en présence de NO à chaque fois. Par ailleurs, nous montrons que l'ABA induit la synthèse de NO dans le fruit et non l’inverse. On peut conclure de cette analyse que l’ABA induit par le déficit hydrique est responsable de la synthèse de NO dans les fruits et ce signal va induire l’activation des enzymes antioxydantes en association avec H2O2.Finalement, une approche transcriptomique a été réalisée pour étudier d’une part les gènes induits par NO et les gènes induits par le déficit hydrique au travers du NO. Les résultats suggèrent quele NO est à la croisée de la réponse au stress biotique et abiotiques et pourrait être utilisé pour acclimater les plantes au stress biotiques. / Oxidative status alongside with antioxidant enzymes activities constantly evolve during fruit development. This evolution is closely related to hormones involved in fruit development and maturation. The antioxidant enzymes are superoxide dismutase (SOD) and Catalase (CAT) as well as those of Haliwell-Asada cycle (ascorbate peroxydase (APX), monodehydroascorbate reductase (MDHAR), dehydroascorbate reductase (DHAR) and gluthation reductase (GR) which are also implicated in ascorbate recycling. The objective of this work is to decipher the interactions between oxidative stress induced by environmental stress in vegetative organs and ascorbate recycling in tomato fruits (cv Micro-Tom).Results obtained show that a rapid and controlled water deficit result in a fall in water potential (LΨw) whereas other water parameters remained unaffected and without any photo-oxidative symptoms detected in PS II after 24 hours. However we observed alongside an increase in H2O2 and of the activity of antioxidant enzymes as well as those involved in ascorbate recycling. Furthermore an increase in NO and ABA production was also detected in the plants in response to the stress. NO localisation was realised using fluorescence microscopy using the newly synthesised NO probe NO550 (developed during the thesis).We used a pharmacological approach in order to determine if NO is responsible of the set up of the antioxidant response together with ABA and H2O2. Results show an increase in the activity of the enzymes in contact with the three molecules with every time a greater increase with NO. Furthermore, we show that ABA induces NO production. Those results made us conclude that ABA production induced by the water deficit is responsible of NO synthesis in fruits and may have the action of a signal with activates antioxidant enzymes with the collaboration of H2O2.A microarray analysis was also conducted in order to study the genes induced by NO and the genes induced by water deficit through NO. Results suggest that NO is at the cross road of the response towards biotic and abiotic stress and might be a useful tool to acclimatize plant to stressful conditions.

L’amélioration de la qualité du fruit de tomate dépend largement de la variation génétique. A la suite de la domestication et de la sélection moderne, la diversité moléculaire chez la tomate a été profondément réduite, limitant les possibilités d’amélioration. De nouveaux marqueurs moléculaires révélant les polymorphismes nucléotidiques (SNP) constituent des outils précieux pour saturer les cartes génétiques et identifier des QTL (quantitative trait loci) et des associations chez une espèce peu polymorphe comme la tomate. Les objectifs de cette étude étaient de caractériser la diversité génétique de la tomate au niveau moléculaire et de tenter d’identifier des QTL, des gènes et des protéines responsables de la variation de caractères de qualité du fruit. Pour cela, trois études indépendantes ont conduit à (1) la découverte de nouveaux marqueurs SNP, (2) leur utilisation en génétique d’association et (3) l’analyse de la diversité du protéome en relation avec des caractères physiologiques du fruit.Dans la première étude, nous avons comparé deux plateformes de reséquençage pour reséquencer des zones ciblées couvrant environ 0.2% du génome de deux accessions contrastées. Plus de 3000 SNP sont été identifiés. Nous avons ensuite validé 64 SNPs en développant des marqueurs CAPS. Nous avons ainsi montré l’intérêt des techniques de reséquençage pour la découverte de SNP chez la tomate et produit des marqueurs simples qui peuvent être utiles pour caractériser de nouvelles ressources.Nous avons ensuite développé un ensemble de 192 SNPs et génotypé une collection de 188 accessions comportant des accessions cultivées, des types “cerise” et des formes sauvages apparentées et recherché des associations avec 10 caractères de qualité du fruit. Une quarantaine d’associations a été détectée dans des régions où des QTL avaient été préalablement identifiés. D’autres associations ont été identifiées dans de nouvelles régions. Nous avons ainsi confirmé le potentiel de la génétique d’association pour la découverte de QTL chez la tomate. Finalement une approche combinant l’analyse du protéome, du métabolome et de traits phénotypiques a été mise en oeuvre pour étudier la variabilité naturelle de la qualité du fruit de huit lignées contrastées et de quatre de leurs hybrides, à deux stades de développement (expansion cellulaire et orange-rouge). Nous avons identifié 424 spots protéiques variables en combinant électrophorèse bidimensionnelle et nano LC MS/MS et construit une carte de référence du protéome de fruit de tomate. En parallèle, nous avons mesuré la variation de teneurs en 34 métabolites, les activités de 26 enzymes et cinq caractères phénotypiques. La variabilité génétique et les modes d’hérédité ont été décrits. L’intégration des données a été réalisée par construction de réseaux de corrélations et régression sPLS. Plusieurs associations ont été détectées intra et inter niveau d’expression, permettant une meilleure compréhension de la variation de la qualité des fruits de tomate / Fruit quality in tomato is highly dependent on genetic variation. Following domestication and modernbreeding, molecular diversity of tomato has been strongly reduced, limiting the possibility to improvetraits of interest. New molecular markers such as single nucleotide polymorphisms (SNP) constituteprecious tools to saturate tomato genetic maps and identify quantitative trait loci (QTL) andassociations in a poorly polymorphic species like tomato. The objectives of this study were tocharacterize tomato genetic diversity at the molecular levels and to try to identify QTLs, genes andproteins responsible for fruit quality traits in tomato. For this purpose, three independent studies wereconducted leading to the discovery of new SNP markers, their use for association study and finally theanalysis of proteome diversity in relation to physiological phenotypes. We first used two nextgenrationsequencing platforms (GA2 Illumina and 454 Roche) to re-sequence targeted sequencescovering about 0.2% of the tomato genome from two contrasted accessions. More than 3000 SNPswere identified between the two accessions. We then validated 64 SNPs by developing CAPS markers.We thus showed the value of NGS for the discovery of SNPs in tomato and we produced low costCAPS markers which could be used to characterize other tomato collections. A SNPlexTM arraycarrying 192 SNPs was then developed and used to genotype a broad collection of 188 accessionsincluding cultivated, cherry type and wild tomato species and to associate these polymorphisms to tenfruit quality traits using association mapping approach. A total of 40 associations were detected andco-localized with previously mapped QTLs. Some other associations were identified in new regions.We showed the potential of using association genetics in tomato. Finally, a new analytical approachcombining proteome, metabolome and phenotypic profiling were applied to study natural geneticvariation of fruit quality traits in eight diverse accessions and their four corresponding F1s at cellexpansion and orange-red stages. We identified 424 variable spots by combining 2-DE and nano LCMS/MS and built the first comprehensive proteome reference map of the tomato fruit pericarp at twodevelopmental stages from the 12 genotypes. In parallel, we measured the variation of 34 metabolites,26 enzyme activities and five phenotypic traits. A large range of variability and several inheritancemodes were described in the four groups of traits. Data integration was achieved through sPLS andcorrelation networks. Many significant associations were detected within level and between levels ofexpression. This systems biology approach provides better understanding of networks of elements(proteins, enzymes, metabolites and phenotypic traits) in tomato fruits

La texture du fruit, caractère complexe de qualité, est un critère majeur pour le consommateur mais aussi pour la filière. Au cours de cette thèse, la texture a été analysée par une approche globale et intégrative combinant des approches écophysiologique et protéomique. Les objectifs étaient : 1) d’améliorer la compréhension de la texture des fruits charnus, 2) d’évaluer les effets des interactions génotype x apports en eau sur cette variable, 3) d’identifier par une approche globale sans à priori les variables clés sous-jacentes à la texture et 4) de proposer une approche intégrative permettant de construire un réseau de régulation multi-échelles pouvant être intégré dans un modèle prédictif. Les fruits de six génotypes contrastés pour la texture (3 parents et 3 QTL-NILs), cultivés en serre sous deux conditions hydriques (témoin et réduction des apports d’eau (-40%)), ont été phénotypés pour la fermeté au stade expansion cellulaire, fruit rouge et une semaine à 20°C après récolte, par des méthodes instrumentales (compression, pénétrométrie) et sensorielles. Divers caractères anatomiques, histologiques et biochimiques ont été analysés en parallèle ainsi que les variations du protéome du fruit (électrophorèse bidimensionnelle et spectrométrie de masse). L’analyse statistique a mis en oeuvre deux méthodes : 1) l’Analyse de Co-inertie Multiple, analyse multi-tableaux basée sur un critère de covariance, qui permet le traitement simultané d’un très grand nombre de données ; 2) l’inférence de réseau, basée sur la recherche de dépendances conditionnelles entre variables. Les résultats montrent qu’une réduction des apports d’eau est possible moyennant une baisse de rendement de 20% pour une production de tomate hors sol, baisse essentiellement liée à la réduction de la taille des fruits due à un moindre grandissement cellulaire. En revanche, la qualité des fruits est améliorée par une augmentation des taux de matières sèches, de vitamine C, de sucres ainsi qu’une augmentation de la fermeté pour certaines lignées QTL-NILs. Le déficit hydrique a induit la variation de 128 spots protéiques en interaction avec le génotype et le stade de développement. Le déficit hydrique affecte essentiellement le stade fruit rouge et les effets sont faibles par rapport aux effets génétiques. L’analyse des données des différents niveaux d’échelles en co-inertie multiple, a montré l’existence d’une structure commune aux différentes échelles qui suggère bien une régulation globale de l’ensemble des variables observées en réponse au génotype et au déficit hydrique. L’analyse des corrélations et l’inférence graphique de réseaux ont permis de mieux structurer l’ensemble des informations et de sélectionner les variables fortement impliquées dans le déterminisme génétique de la texture du fruit afin de construire un schéma multi-échelles de régulation. Enfin ces résultats ont permis de proposer plusieurs modèles statistiques prédictifs de la fermeté des fruits charnus, basés sur des variables protéomiques, biochimiques et/ou histologiques, qui pourront être couplés au modèle fruit virtuel, permettant de prédire les effets de l’environnement sur l’évolution de la texture des fruits / Tomato fruit texture is one of the most critical quality traits for both the consumer and the production chain. In this work, texture was analyzed via an integrative approach combining ecophysiology and proteomics. The aims were 1) To improve knowledge of the texture of fleshy fruit, 2) To evaluate the effects of genotype x water deficit interactions, 3) To identify by a holistic approach without a priori key variables underlying texture and 4) To propose an integrative approach to build a network of multi-scale controls which could be integrated into a predictive model. Fruits from six texture contrasted genotypes (3 parents and 3 QTL-NILs), greenhouse grown under two water conditions (control and decreased water supply by 40%), were analyzed for firmness at cell expansion, at red ripe stage and after 7-days post-harvest storage at 20°C, by instrumental (compression, penetrometer) and sensory methods. Several anatomical, histological and biochemical traits were analyzed as well as changes in fruit proteome (two-dimensional electrophoresis and mass spectrometry). Statistical analysis implemented two innovative methods: 1) multiple co-inertia analysis, multi-table analysis based on a criterion of covariance, which allows the simultaneous processing of large datasets, 2) inference network, based on the research of conditional dependencies among variables. Results showed a tomato production is possible by reducing the water supply and accepting a lower yield (20%), due to reduced fruit size by limiting cell enlargement. Fruit quality was improved by increasing solids content, vitamin C, sugars and increased firmness for some QTL-NILs. Water deficit was associated with the variation of 128 protein spots in interaction with genotype and stage factors. The effects of water deficit were mainly detected at the red ripe stage and remained low compared to genetic effects. The analysis of data from different levels in multiple co-inertia, showed a common structure at different scales, which suggests a good overall control of the measured variables. Correlation analysis and graphical inference networks helped selecting key-variables involved in the genetic determinism of fruit texture, to draw a multi-scale control scheme variable. Finally, these results were used to propose several statistical models to predict the firmness of fleshy fruits, based on proteomic, biochemical and / or histological data, which can be coupled to the virtual fruit model, to predict environmental effects on fruit texture