L'acide ascorbique (AsA, vitamine C) est l'un des composés parmi les plus importants chez les eucaryotes. En raison de son potentiel antioxydant élevé, l'AsA représente un trait important de la qualité nutritionnelle des végétaux. Au-delà de sa valeur bénéfique pour la santé, une augmentation de la teneur en AsA des fruits bénéficierait probablement à la qualité post-récolte et à la résistance aux pathogènes. Pour mieux comprendre ces régulations chez les plantes et leurs impacts sur la qualité des fruits, une collection de tomates EMS hautement mutée (cv. Micro-Tom) a été criblée pour identifier des mutants dont les fruits sont enrichis en AsA. Cette stratégie de génétique directe associant le criblage à une approche de cartographie par séquençage devait permettre d’identifier de nouveaux gènes liés au caractère AsA+. L'un des mutants, noté P21H6, présentait un enrichissement en AsA de 2 à 4 fois supérieur à celui du WT, et fut le premier à être génétiquement caractérisé. Cette étude a permis de mettre en évidence une nouvelle classe de photorécepteurs impliqués dans la détection de la lumière bleue, appelée SlPLP, en tant que régulateur négatif de l'accumulation d'AsA dans la tomate. Le rôle de PLP dans le phénotype AsA+ du fruit a été confirmé par une stratégie de mutagenèse dirigée, avant d’entreprendre sa caractérisation fonctionnelle. Nous avons démontré que SlPLP interagit avec SlGGP (GDP-L-galactose phosphorylase), une enzyme clé de la voie du L-Galactose, sous contrôle de la lumière bleue et que cette interaction a lieu dans le cytoplasme et le noyau. Nos résultats renforcent le rôle central du GGP dans la biosynthèse de l'AsA et suggèrent un nouveau mécanisme de régulation par la lumière bleue de la fonction du GGP, en plus de son activité métabolique. Parallèlement, nous avons entrepris la caractérisation d’un autre mutant, le P17C5-3, qui présentait le plus fort taux d'AsA (jusqu'à 10 fois le WT). Outre le phénotype AsA+, le mutant P17C5 présentait de fortes altérations morphologiques, notamment l’absence de graines, rendant la mise en place de la stratégie de cartographie difficile. Grâce à un croisement avec la variété commerciale M82, la mutation causale pu être identifiée dans un ORF cis-régulateur en amont de GGP. Ce résultat confirme le rôle clé de GGP dans la voie L-Galactose. Des études préliminaires liées au phénotype parthénocarpique suggèrent un problème de stérilité mâle associé aux processus de développement du pollen. Enfin, dans l’étude de la qualité des fruits après la récolte, des expériences de stress froid effectuées avec les fruits P21H6 semblent démontrer que l’augmentation de la teneur en AsA améliore la durée de conservation et la capacité de maturation des fruits. Dans l'ensemble, nos résultats confirment la position clé de la protéine GGP dans la voie de biosynthèse de l'AsA, et fournissent des outils et du matériel végétal précieux pour décortiquer la régulation de l'AsA et son rôle physiologique dans la qualité des fruits et les caractères post-récolte. / Ascorbic acid (AsA, vitamin C) is one of the most important biochemical in living organisms. Due to its high antioxidant potential, AsA represents an important trait of nutritional quality in fruits and vegetables. In addition to its beneficial health value in fruit consumption, increasing fruit AsA content would likely affect postharvest quality and resistance to pathogens. Thus, understanding the regulation of AsA accumulation in order to improve crop species of agronomical interest is an important issue in plant breeding for many fleshy fruit species. To get a better understanding of the regulation of AsA level in plants and its impact on fruit quality, a highly mutagenized EMS tomato collection (cv. Micro-Tom) was screened for AsA+ fruit mutants. This forward genetic strategy combined with a mapping-by-sequencing approach, had allowed identifying new genes related to the AsA+ trait. One of the mutant line named P21H6, displayed an AsA-enrichment 2 to 4 fold that of the WT, and was the first to be genetically characterized. It allowed highlighting a new class of photoreceptor involved in blue light sensing named SlPLP as a negative regulator of AsA accumulation in tomato. We confirmed the role of the PLP in the fruit AsA+ phenotype using a directed mutagenesis strategy, undertaking its functional characterization. We demonstrate that PLP interacts with GGP (GDP-L-galactose phosphorylase), a key enzyme of the L-Galactose pathway, under blue light control and that this interaction takes place in the cytoplasm and the nucleus. Our results strengthen the central role of GGP in the AsA biosynthesis and suggest a new regulation mechanism by blue light of the GGP function in addition to its metabolic activity. Besides we started the characterization another mutant, the P17C5-3, which displayed the highest level of AsA (up to 10 times the WT). Beyond its AsA+ content, the P17C5 mutant showed strong morphological alterations including a seedless phenotype making the mapping difficult at first. Thanks to the crossing with the commercial M82 tomato cultivar, the causal mutation was identified in a cis-acting ORF, upstream of the GGP gene. This result confirmed the key role of GGP in the L-Galactose pathway. Preliminary studies related to the parthenocarpic phenotype suggest a problem of male sterility associated with pollen development processes. Finally, in the study of the post-harvest fruit quality, chilling stress experiments carried out with the P21H6 fruits seem to demonstrate that increasing AsA content improve the fruit shelf life and its maturation capacity. Taken as a whole, our results confirmed the key position of the GGP protein in the AsA biosynthesis pathway and they provided precious tools and plant material for deciphering the regulation of AsA and its physiological role in fruit quality and post-harvest traits.

Tesis por compendio / [EN] Until recently, the genetic improvement of tomato (Solanum lycopersicum) was focused in agronomic traits, such as yield and biotic or abiotic stresses; therefore the interest in tomato fruit quality is relatively new. The tomato fruit surface can be considered both an agronomic trait as well as a quality trait, because it has an effect on consumer impression in terms of color and glossiness but also it underlies the resistance/sensitivity to cracking or water loss with consequences on fruit manipulation (e.g. transport and processing). The cuticle is deposited over the cell wall surrounding the epidermal cells and it is the first barrier in the plant-environment interface. The cuticle composition includes two main groups of metabolites: cuticular waxes and cutin. Other metabolites can be founded into the cuticle matrix, as triterpenoids and flavonoids. Those minor cuticular components are involved in the correct functionality of the cuticle. Understanding cuticle biosynthesis and genetic regulation requires the development of fast and simple analytical methodologies to study those specialized metabolites using large populations (e.g. mutant collections or introgression lines), together with the identification of genes and genomic regions responsible of their production. This thesis aims to contribute to our understanding of the molecular programs underlying tomato fruit quality by providing: i) a general protocol to profile cuticular waxes in different species, including tomato; ii) a QTL map for cuticular composition (i.e. cuticular waxes and cutin monomers) using the Solanum pennellii introgression line population; iii) a detailed protocol of the reverse genetic tool so-called Fruit-VIGS to assist in the study of gene function in tomato fruit; and iv) a thorough characterization of the first null allele for the transcription factor SlMYB12 (i.e. Slmyb12-pf) in tomato fruit which provides new insights into the regulation of the flavonoid biosynthetic pathway in the fruit peel by high resolution mass spectrometry and RNA-Seq approaches. / [ES] Hasta hace poco, la mejora genética del cultivo del tomate (Solanum lycopersicum) había estado centrada principalmente en caracteres agronómicos, como la productividad y la resistencia a estreses, tanto bióticos como abióticos. Así, el interés en la calidad del fruto de tomate es relativamente reciente. La superficie del fruto del tomate puede considerarse tanto un carácter agronómico como de calidad, pues influye en la primera impresión de los consumidores en términos de color y brillo, así como también en los procesos de resistencia o sensibilidad a la rotura ('cracking') o a la pérdida de agua. Estos factores determinan el aspecto del fruto y condicionan atributos relacionados con su manipulación (transporte y procesado). La cutícula se deposita sobre la pared celular de las células epidérmicas y es la primera barrera que interacciona con el ambiente. Está constituida por dos grandes tipos de metabolitos: las ceras cuticulares y la cutina. Otros metabolitos pueden aparecer embebidos en la matriz cuticular, como es el caso de los triterpenoides y los flavonoides. Estos metabolitos contribuyen a la correcta funcionalidad de la cutícula. La compresión de la biosíntesis y regulación génica de la cutícula requiere del desarrollo de metodologías de análisis sencillas y rápidas para el estudio de estos metabolitos especializados en grandes poblaciones (colecciones de mutantes o líneas de introgresión), así como para la identificación de genes y regiones génicas responsables de la producción y acumulación de dichos compuestos, pudiendo ser muy útiles para implementar programas de mejora de la calidad del tomate. El objetivo de esta tesis es contribuir a la comprensión sobre los programas moleculares subyacentes a la calidad del fruto de tomate, proporcionando: i) un protocolo general de análisis del contenido de ceras cuticulares en diferentes especies, incluyendo el tomate; ii) un mapa de QTL de la composición cuticular (incluyendo ceras y monómeros de cutina) obtenido con la población de líneas de introgresión de Solanum pennellii; iii) un protocolo detallado de uso de la herramienta de genética reversa Fruit-VIGS con el que realizar estudios de funciones génicas en fruto de tomate; y iv) una minuciosa caracterización de un nuevo alelo nulo del factor de transcripción SlMYB12 (Slmyb12-pf) en fruto de tomate, proporcionando nueva información sobre la regulación de la ruta biosintética de los flavonoides en la piel del fruto, utilizando espectrometría de masas de alta resolución y de nuevas tecnologías de secuenciación. / [CA] Fins fa poc de temps, la millora genètica de la tomata (Solanum lycopersicum) anava dirigida fonamentalment als caràcters de tipus agronòmic, com la productivitat i la tolerància a estressos biòtics o abiòtics, resultant que l'interés per la qualitat dels fruits és relativament nou. La superfície de la tomata pot ser considerada tant com un caràcter agronòmic com un de qualitat, ja que és l'aspecte de la superfície del fruit el que confereix al consumidor la primera impressió de color, brillantor, però és també la pell del fruit la responsable de la diferent susceptibilitat del fruit a desenvolupar clevills o que el fruit sofrisca més o menys pèrdues d'aigua, tot tenint importants conseqüències en la manipulació (i.e. transport i processament del fruit). La cutícula és dipositada per sobre de la paret cel·lular que envolta la capa de cèl·lules epidèrmiques i constitueix la primera barrera en la interfase planta-medi ambient. La composició de la cutícula presenta dos grups principals de metabòlits: les ceres i la cutina. També es poden trobar altres metabòlits els triterpenoids i el flavonoids. Aquests darrers components cuticulars menors són implicats en el correcte funcionament de la cutícula. Per tal de comprendre la biosíntesi i la regulació genètica de la cutícula cal desenvolupar tecnologies analítiques senzilles i rapides que permeten estudiar aquests metabòlits especialitzats en poblacions grans de plantes (i.e. Col·leccions de mutants o de línies d'introgressió), a més de la identificació de gens i regions genòmiques que són responsables de la seua producció. Aquesta tesi té com a objectiu contribuir a millorar la nostra comprensió dels programes moleculars que afecten determinats aspectes de la qualitat de la tomata mitjançant els següents objectius: i) proporcionar un protocol general per obtenir perfils de ceres cuticulars en diferents espècies, inclosa la tomata; ii) obtenir un mapa de QTL per a la composició cuticular (i.e. ceres cuticulars i monòmers de cutina) mitjançant la utilització de la població de línies d'introgressió de Solanum pennelli; iii) descriure amb detall el protocol d'una eina de revers genètica denominada Fruit-VIGS que resulta molt adequada per estudiar funció gènica a la tomata; y iv) fer una caracterització exhaustiva del primer al·lel nul del factor de transcripció SlMYB12 (ie. Slmyb12-pf) en tomata la qual proporciona informació nova sobre la regulació de la ruta de biosíntesi de flavonoides en la pell de la tomata mitjançant espectrometria de masses d'alta resolució i RNAseq. / Fernández Moreno, JP. (2015). TOMATO FLESHY FRUIT QUALITY IMPROVEMENT: CHARACTERIZATION OF GENES AND GENOMIC REGIONS ASSOCIATED TO SPECIALIZED METABOLISM IN TOMATO FLESHY FRUIT [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/55505 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales / Compendio