La vigne est une plante cultivée dans le monde entier dont l’importance économique est principalement liée à la production de vin. La baie de raisin est également l’un des principaux modèles d’étude pour les fruits non-climatériques notamment pour l’étude des mécanismes contrôlant le mûrissement des baies. Le développement de la baie de raisin est caractérisé par deux phases de croissance séparées par une phase de latence se produisant au moment de la véraison. La baie de raisin est composée de trois tissus principaux: la peau, la pulpe et les graines. La peau et la pulpe présentent une structure et une composition en métabolites distinctes et contribuent de manière différente à la qualité du vin, la pulpe fournissant essentiellement le sucre, les acides aminés et organiques alors que la peau est riche en anthocyanes. A l'heure actuelle, les mécanismes moléculaires impliqués dans le contrôle de la maturation des baies de raisin sont encore mal compris. Si l'ABA, le sucre et différents facteurs de transcription jouent un rôle important dans le contrôle de cette phase de développement, les mécanismes épigénétiques, en particulier la méthylation de l’ADN, apparaissent aussi comme des régulateurs importants du développement et du mûrissement des fruits charnus. Dans ce contexte, Le projet de thèse présenté vise à analyser le rôle de la méthylation de l’ADN (1) dans la maturation des baies de raisin et (2) dans la synthèse des anthocyanes en utilisant comme système modèle des cellules de baie de raisin cultivées in vitro.La culture in vitro de baies de raisin en présence d’inhibiteurs de la méthylation de l'ADN, aboutit à une inhibition de la maturation, suggérant que la méthylation de l’ADN joue un rôle crucial pour cette étape du développement chez la vigne. La pellicule et la chair de baies de raisin récoltées à divers stades de développement ont ensuite été analysées séparément pour déterminer les variations des transcriptomes, de l’abondance de différents métabolites, et de la méthylation de l'ADN. Les principaux résultats indiquent des variations des métabolites et du transcriptome, avec des spécificités liés au tissu analysé. En outre, l'analyse des variations de méthylation de l'ADN à deux stades de développement dans chacun de ces deux tissus révèle l’existence de variations de méthylation spécifiques à chaque tissu, tandis que les variations communes aux deux tissus restent limitées. Ces résultats suggèrent un contrôle de la méthylation de l’ADN spécifique à chaque tissu lors de la maturation de la baie. Cependant les régions différentiellement méthylées identifiées dans chaque tissu, ne sont pas associées à des gènes exprimés différentiellement au cours de la maturation des baies, ce qui pose la question du rôle de la méthylation de l’ADN dans le contrôle de l’expression génique dans les baies.Pour analyser le rôle de la méthylation de l’ADN dans le contrôle de la synthèse des anthocyanes, nous avons utilisé des suspensions de cellules de raisin du génotype Gamay Teinturier (GT), connues pour accumuler des anthocyanes lorsqu’elles sont cultivées à la lumière. L’utilisation de la zébularine, un inhibiteur de la méthylation d’ADN, permet de stimuler l’accumulation d'anthocyanes dans les cellules GT en présence de lumière, et de l’induire à l’obscurité. Les traitements à la zébularine provoquent en outre une limitation de la croissance cellulaire, une modification de l’accumulation des sucres solubles et acides organiques ainsi qu’une reprogrammation importante du transcriptome. Ces résultats suggèrent un effet général de la zébularine sur les cellules GT plutôt qu’un effet spécifique sur l’accumulation d’anthocyanes.Dans l'ensemble, les résultats indiquent que la méthylation de l'ADN est importante pour le contrôle de la maturation des fruits de la vigne, bien que les mécanismes qui sous-tendent les variations de la méthylation et leurs rôles dans les différents tissus de la baie de raisin restent à préciser. / Grapevine is a worldwide cultivated fruit crop with high economic importance mainly because of its usage for vine production. Grape berry is also one of the main models for non-climacteric fruits to study the mechanisms controlling the ripening process. Grape berry development is characterized by two phases of rapid size increase separated by a lag phase at the time of ripening induction. Grape berries are composed of three main tissues, the peel, the pulp and the seeds. Peel and pulp present distinct structure and metabolite composition and contribute in a different way to wine quality, the pulp providing sugar, amino and organic acids whereas the peel is important for anthocyanins and other phenolic compound abundance. At the present time, the molecular mechanisms involved in the control of grape berry ripening are still poorly understood. Recent results indicate that both ABA and sugar may be important signals together with various transcription factors. In addition, epigenetic mechanisms are now emerging as important regulators of fleshy fruit development, DNA methylation being critically important for tomato, sweet range and strawberry ripening.The present project aims at analyzing the potential role of DNA methylation in the control grape berry ripening. It also investigates the potential role of DNA methylation in the synthesis of anthocyanins, a compound of primary importance in peel of red grape berries, using in vitro grown fruit cells. To address these questions, grape berries cultivated in vitro were treated with DNA methylation inhibitors. Treatments resulted in delayed and reduced grape berry ripening, therefore sustaining the idea that DNA methylation plays critical roles at this developmental step. Grape berries harvested at various developmental stages were then dissected and each tissue was separately analyzed for transcriptomic, metabolic and DNA methylation variations. Main results indicate significant and distinct metabolic and transcriptomic variations consistent with each tissue following specific modifications during ripening. In addition, analysis of DNA methylation variations at two developmental stages in each tissue indicates both common and tissue specific changes in DNA methylation patterns during fruit ripening. A very small proportion of DMRs is found similarly in the pup and the peel, but most are tissue specific, also consistent with tissue specific control at this developmental phase. Of note, among the different DMRs identified in each tissue, only a few were associated with differentially expressed genes (DEG) during ripening, whereas most were not, questioning the general role of DNA methylation in the control of gene expression at this developmental transition in grape.As Anthocyanins are the most abundant polyphenolic compounds in the skin of red grape berries, we used grape cell suspensions of the Gamay Teinturier genotype, that are known to accumulate anthocyanins when grown in light conditions, to analyze the potential role of DNA methylation in their synthesis. GT cells cultivated in light conditions were treated with the DNA methyltransferase inhibitor zebularine, they accumulate higher quantities of anthocyanins. Of note, GT cells grown in the absence of light do not accumulate anthocyanins. However, zebularine was sufficient to induce anthocyanin accumulation in the absence of light. Zebularine treatments had significant additional effects on grape cells including, cell growth limitation, and modification of soluble sugar, organic acid or stilbene accumulation, together with important transcriptomic reprogramming, consistent with a general effect on cells rather than a specific effect on anthocyanin accumulation.Taken together, results are consistent with DNA methylation being important in the control of grape fruit ripening, although the precise mechanisms underlying methylation variations and roles in grape berries remain to be deciphered.

Les changements climatiques mondiaux ont déjà affecté et continueront d’affecter la physiologie de la vigne, en particulier le rendement et la composition des baies à la récolte, et donc, en définitive, la qualité et la typicité des vins produits. Parmi les différentes stratégies possibles d’adaptation de la viticulture au changement climatique (modifications de l’encépagement, création de nouvelles variétés mieux adaptées aux conditions futures,...), le contrôle de la composition des baies à la récolte par le biais d’une modification des pratiques culturales et notamment par des manipulations de la canopée (rapport feuilles/fruits (Fe/Fr), manipulation de l’exposition des grappes, échardage) est certainement celle qui serait la plus rapide à mettre en œuvre.Ma thèse a pour but de rechercher le meilleur point de compromis entre diminution du taux de sucres et maintien de l’acidité, de l’accumulation des composés phénoliques et d’une complexité aromatique proche de l’actuelle, en réponse aux manipulations de canopée (rapport Fe/Fr, échardage) couplées ou non à l’application d’acide abscissique (ABA).Différents ratio Fe/Fr ont ainsi été étudiés sur le cépage d’étude Cabernet-Sauvignon en conditions semi-contrôlées en serre sur boutures fructifères puis au vignoble au sein d’une parcelle de production. L’analyse de la composition des baies en métabolites primaires et secondaires, réalisée lors de ces deux expériences, a permis de déterminer que le ratio 6 feuilles restantes par grappe était la valeur seuil en dessous de laquelle un effet sur les métabolites primaires est visible. Une diminution du taux de sucres a notamment été observée, également associée à la diminution de la concentration en anthocyanes totales qui sont particulièrement importantes dans la définition de la typicité des vins de Bordeaux. L’application d’ABA exogène sur les baies avant la véraison a permis de diminuer les effets négatifs de la modification du ratio Fe/Fr sur l’accumulation des anthocyanes et n’a pas montré d’impact sur la typicité des vins lors des dégustations des microvinifications réalisées au cours de cette étude. Ces résultats analytiques obtenus ont été couplés à des analyses transcriptomiques de type RNAseq et PCR quantitative en temps réel (Fluidigm) afin d’identifier les gènes clefs associés au voies métaboliques primaires et secondaires réagissant aux modulations du ratio Fe/Fr couplées ou non à l’ajout d’ABA. Ainsi, le couplage modulation du ratio Fe/Fr et application d’ABA exogène sur les baies serait une méthode potentiellement utilisable afin de réduire le taux de sucres et de maintenir une typicité bordelaise proche de l’actuelle.La caractérisation fonctionnelle d'un gène potentiellement associé à la voie de biosynthèse des méthoxypyrazines, impliquées dans le caractère végétal du raisin et du vin, a également été mise en œuvre. Différentes approches ont été testées et ont fourni des indices utiles, cependant les résultats obtenus sont encore en cours de confirmation. / Global climate changes have already affected and will continue to affect the physiology of grapevine, in particular the yield and berry composition at harvest, and thus ultimately the quality and typicality of the wines produced. Among the different possible strategies of adapting viticulture to climate change (changes varieties, creation of new varieties better adapted to future conditions,...), modulating berry composition at harvest through changing cultural practices, such as manipulations of the canopy (leaf / fruit ratio, grape exposure), may be a fast and efficient option as a short-term adaptation strategy.My thesis aims to find the best point of compromise between reducing the sugar level and, maintaining the acidity, phenolic compounds, and the aromatic complexity by the canopy manipulations (leaves / fruits ratio, secondary shoot removal), coupled or not with the application of abscisic acid.Different leaf / fruit ratios were studied on the Cabernet-Sauvignon cultivar in greenhouse and in vineyard within a plot of production. The berry composition analysis of primary and secondary metabolites, performed in these two experiments, made it possibleto determine that the ratio of 6 leaves remaining per cluster was the threshold value below which an effect on the primary metabolites is visible. A decrease in the sugar content was especially observed, also associated with a decrease in the concentration of total anthocyanins which are particularly important in the definition of the typicality of Bordeaux wines. The application of exogenous abscisic acid to the berries before veraison permitted to reduce the negative effects of the modification of the leaf-to-fruit ratio on the accumulation of anthocyanins and did not affect the typicality of the wines during the tastings of the microvinifications carried out during this study. These analytical results were coupled with transcriptomic analyses of RNAseq and real-time quantitative PCR (Fluidigm) to identify key genes associated with the primary and secondary metabolic pathways reacting to modulations of leaf-to-fruit ratio coupled or not with the addition of abscisic acid.Thus, the coupling modulation of the leaf-to-fruit ratio to the application of exogenous abscisic acid on the berries would be a usable method to reduce the sugar content and maintain a typicality of Bordeaux wines close to the current one.The functional characterization of a gene potentially associated with the biosynthetic pathway of methoxypyrazines, which are involved in vegetable character of grapes and wine, was also conducted. Different approaches have been tested and provided useful clues but the conclusive results are still under further confirmation.

L’étude des communautés microbiennes de la baie de raisin dans des conditions de production à l’échelle de la parcelle montre une dynamique temporelle des populations cultivables, qui se traduit par une augmentation des niveaux de population à partir des stades de début véraison et début maturité. Concernant la communauté bactérienne cultivable, 44 espèces appartenant à 21 genres ont été identifiées. Parmi les huit genres identifiés pour la population fongique, les espèces appartenant au genre Aureobasidium sont les plus abondantes, contrairement aux espèces fermentaires qui restent minoritaires. L’incidence des facteurs biotiques et abiotiques sur différents paramètres de population microbienne tels que la structure, la densité et l’activité métabolique a été analysée. Nous avons observé que les zones climatiques plus fraîches et humides, favorisent le développement des microorganismes. Ces travaux mettent en évidence l’impact écotoxique du cuivre sur la communauté microbienne, en particulier dans sa fraction bactérienne. Le développement de Botrytis cinerea sur la grappe modifie la communauté microbienne des baies de raisin sain : le nombre d’espèces bactériennes augmente ainsi que leur diversité. La communauté bactérienne de la baie de raisin est proche de celle des feuilles d’un point de vue de sa structure, et mais éloignée de celles des écorces et du sol, avec des indices de diversité et de richesse plus faibles. / The study of microbial communities associated with wine grapes under field conditions revealed changes in the size and structure during the berry ripening process, with levels rising gradually and reaching their highest value when the berries were over ripe. During this work several bacteria and fungi species, including fermentative yeast, have been isolated and identified. From cultured bacteria, over 44 species were identified from 21 genera. Concerning fungi population, among eight genera identified, the genus Aureobasidium was the most abundant. Our study reveals the impact of different abiotic and biotic factors over microbial community structure, density and metabolic activity. Comparing different vineyards in the same region, we observed that areas presenting more humid and colder climate favor the growth of microorganisms. Our results also show that the farming system has a clear impact on the microbial community, especially in the bacterial fraction. One of the reasons is the inhibiting effect of copper-based fungicides, frequently used in both organic and conventional farming systems. The presence of Botrytis cinerea in grape berries without visual symptoms of infection can change the microbial community of the grapes, increasing bacterial population density and diversity.