La qualité du fruit est un caractère multicritère avec des relations antagonistes fréquentes. La perception de la qualité du fruit dépend fortement de l’équilibre entre les teneurs en sucres et acides. Parmi les 3 sucres dits majeurs dans les fruits que sont le saccharose, le glucose et le fructose, le fructose présente un pouvoir sucrant plus important et sa concentration est le facteur qui affecte le plus le goût sucré du fruit.L’objectif de cette thèse est d’analyser le métabolisme des sucres chez la pêche d’un point de vue métabolique, enzymatique et génétique et d’intégrer dans un modèle mathématique l’ensemble des informations obtenues. Ce travail porte plus particulièrement sur la mise en évidence de l’effet d’une perturbation de la teneur en fructose sur l’ensemble du métabolisme des sucres ainsi que sur la compréhension des mécanismes à l’origine de ce phénotype appelé ‘peu de fructose’. Une caractérisation biochimique quasi-exhaustive du métabolisme des sucres a été réalisée au cours du développement du fruit.Pour cela 6 métabolites et 12 capacités enzymatiques ont été mesurés chez 106 génotypes d’une population issue d’un croisement interspécifique. Cette étude a révélé une grande stabilité des capacités enzymatiques malgré l’importante variation des métabolites. Sur la base des données de 10 des génotypes, un modèle métabolique dynamique permettant de simuler l’accumulation des sucres au cours du développement du fruit a été développé et validé. Ce modèle permet de simuler des phénotypes contrastés et aide ainsi à l'exploration des mécanismes sous-jacents au phénotype ‘peu de fructose’. La caractérisation biochimique de la population a également fait l’objet d’une recherche de QTL. Cette étude a mis en exergue l’inconstance de l’effet de certains loci au cours du développement du fruit ainsi que des co-localisations de QTL de métabolites et capacités enzymatiques et de gènes candidats. Cette recherche a également confirmé la région génomique responsable du phénotype ‘peu de fructose’ au sein de laquelle un gène candidat fonctionnel a été mis en évidence. Il s’agit d’un gène homologue au transporteur vacuolaire exportateur de fructose (SWEET17) découvert récemment chez Arabidopsis. Une analyse de ce gène a été engagée afin de valider sa fonction et son implication dans le phénotype ‘peu de fructose’. Grâce à l’intégration des informations obtenues sur le contrôle génétique du métabolisme des sucres dans le modèle métabolique,une perspective de cette thèse sera de simuler les concentrations en sucres de génotypes virtuels ayant différentes combinaisons d’allèles. On pourra alors optimiser les combinaisons d’allèles pour augmenter les concentrations en sucres dans la pêche, ce qui donnera sans doute de nouvelles pistes à l’innovation variétale. / Fruit quality is a multi-criteria character with frequent antagonistic relationships. The perceptionof the fruit quality is highly dependent on the balance between the levels of sugars and acids. Among thethree so-called major sugars in fruit that are sucrose, glucose and fructose, fructose is the sweetest and itsconcentration is the factor that most affects the fruit sweetness. The objective of the present thesis is toanalyze the sugar metabolism in peach fruit from metabolic, enzymatic and genetic aspects and integrateinto a mathematical model all information obtained. This work focuses on the identification of the effect of alow fructose concentration on the whole sugar metabolism and the understanding of the mechanismsresponsible of this phenotype called ‘low-fructose-to-glucose-ratio’. A nearly exhaustive biochemicalcharacterization of sugar metabolism was conducted along peach fruit development. For this, 6 metabolitesand 12 enzyme capacities were assayed in 106 genotypes of a population derived from an interspecific cross.This study revealed a high stability of the enzyme capacities despite large variations of metabolites. Based ondata from 10 genotypes, a kinetic metabolic model that simulates the sugar accumulation in fruit wasdeveloped and validated. This model simulates contrasting phenotypes and helps in understanding theunderlying mechanisms of the ‘low-fructose-to-glucose-ratio’ phenotype. The biochemical characterizationof the population gave the opportunity to perform a QTL research. It highlighted the instability of the effectof certain loci along fruit development and QTL collocations of metabolites, enzyme capacities and candidategenes. It also confirmed the genomic region responsible for the ‘low-fructose-to-glucose-ratio’ phenotypewithin which a functional candidate gene was identified. It is a gene homologous to fructose vacuolartransporter (SWEET17) recently discovered in Arabidopsis. An analysis of this gene was engaged to validateits function and its responsibility in the ‘low-fructose-to-glucose-ratio’ phenotype. In the future, theintegration of the genetic control into the metabolic model will allow simulating virtual genotypes withdifferent combinations of alleles and predict their sugar content. Optimizing allele combinations to increasesugar concentrations in peach fruit will undoubtedly give new breeding opportunities.

La qualité du fruit est un critère incontournable de sélection chez les Rosacées fruitières, et l’acidité constitue une composante majeure de la qualité organoleptique. Toutefois, les mécanismes physiologiques et moléculaires contrôlant l'acidité des fruits restent mal connus. Chez le pêcher, le caractère non acide du fruit est contrôlé par le locus D. Une descendance F2 de 208 individus issus d'un croisement entre une variété de pêche non acide ‘Ferjalou Jalousia®’ et une variété de nectarine normalement acide, ‘Fantasia’ (JxF) a été analysée pour différents caractères agronomiques dont l’acidité du fruit. Cette descendance a servi à la réalisation d’une carte génétique et ainsi à la localisation du locus D sur le groupe de liaison 5 (GL5). Ce locus co-localise avec des QTL à effet majeur impliqués dans l’acidité titrable, le pH, la teneur en acides organiques ainsi que des QTL à effet plus faible pour la teneur en sucres solubles. De nombreux gènes candidats impliqués dans la synthèse des acides organiques, la dégradation et le stockage vacuolaire avaient été précédemment étudiés. Cependant, aucun gène candidat n’a encore été cartographié dans la région du locus D, excluant ainsi leur rôle direct dans le contrôle de l’acidité du fruit. Ceci s’explique par la complexité des voies métaboliques des acides organiques et par l’implication de transporteurs, de canaux et de pompes à protons qui rendent l'identification du ou des gène(s) associés au locus D plus complexe par une approche gène candidat. Par conséquent, une approche de clonage positionnel a été menée dans la présente étude afin d’identifier le ou les gène(s) intervenant dans le contrôle de l’acidité du fruit chez le pêcher dans le but de comprendre les mécanismes moléculaires et physiologiques sous-jacents. La recherche de marqueurs liés au locus D a été réalisée par BSA-AFLP. Trente quatre marqueurs AFLP ont été cartographiés sur le GL5 et les six marqueurs les plus proches ont été convertis en marqueurs SCAR codominants. Une carte génétique fine de la région contenant le locus D a ensuite été réalisée à partir d’une descendance F2 élargie à 1 718 individus et à l’aide des six marqueurs SCAR et de trois marqueurs microsatellites précédemment cartographiés dans cette région. L’ensemble des données de génotypage et de phénotypage des individus ayant subi un événement de recombinaison dans la région du locus d’intérêt, a permis la localisation précise du locus D dans un intervalle de 0,4 cM. En parallèle, une banque BAC d’une couverture estimée à 15 fois la taille du génome haploïde du pêcher a été réalisée et son criblage a permis d’évaluer le rapport distance physique/distance génétique dans cette région à 250 kb/cM. Après deux étapes de marche sur le chromosome, une carte physique de la région a été construite en intégrant 16 marqueurs issus du séquençage d’extrémités de BAC. Un clone BAC de 98 kb contenant l’allèle D et un autre de 78 kb contenant l’allèle d ont été séquencés. L’annotation des séquences des deux allèles a mis en évidence onze gènes candidats. De nouveaux marqueurs développés à partir des séquences de ces deux BAC ont ensuite permis de préciser la localisation du locus d’intérêt dans un intervalle de 16 kb. Dans cette région deux gènes ont été identifiés : un gène de résistance et un gène codant pour un transporteur. Une approche transcriptionnelle a été initiée en complément du clonage positionnel afin de fournir un premier élément pouvant confirmer l’implication d’un ou plusieurs gène(s) candidat(s) positionnel(s) dans l’acidité du fruit chez le pêcher. / Acidity is an essential component of the organoleptic quality of fleshy fruits. However, the physiological and molecular mechanisms that control fruit acidity remain unclear. In peach low-acidity is determined at the D locus by the dominant allele. A peach progeny of 208 F2 individuals obtained from a cross between ‘Ferjalou Jalousia®’ (a low-acid peach) and ‘Fantasia’ (a normally acid nectarine) varieties (JxF) was analyzed for several agronomical traits. This peach F2 progeny segregating for several mendelian traits, was analyzed for fruit quality traits including fruit acidity and used for the construction of a genetic linkage map. The D locus was mapped to the proximal end of linkage group 5 (LG5) and co-localized with major QTLs involved in the control of fruit pH, titratable acidity and organic acid concentration and minor QTLs for sugar concentration. Several candidate genes involved in organic acids synthesis, degradation or vacuolar storage have previously been studied. However, none of these candidate genes were located on in the region of the D locus, excluding their direct role in the control of fruit acidity by the D locus. The complexity of organic acids metabolic pathways as well as the involvement of transporters and channels and related proton pumps has hampered, so far, the identification of the gene(s) associated to the D locus using a candidate gene approach. Thus, in order to investigate the molecular and physiological bases of fruit acidity in peach, a positional cloning strategy of the D locus was undertaken for the isolation of the gene(s) underlying this trait. Using a BSA-AFLP method, 34 AFLP markers were mapped to the LG5, and the six nearest markers were transformed into codominant SCAR markers. These SCAR markers and three previously mapped SSR markers were used to genotype an F2 segregating progeny extended to 1,718 F2 individuals. A high-resolution map of the D locus was realized after genotyping and phenotyping recombinant individuals. Using these recombinant plants we delimited the D locus to a genetic interval of 0.4 cM. We also constructed a peach BAC library with a covering estimated at 15 x the peach haploid genome. The screening of the BAC library with tightly linked markers indicated that 1 cM corresponds to 250 kb at the vicinity of the D locus and allowed the construction of the physical map in two walks integrating 16 markers obtained from the BACends sequences. Two BAC clones harbouring the D locus were identified and sequenced; one BAC clone of 98 kb containing the D dominant allele and another one of 78 kb containing the d recessive allele. Eleven predicted genes were found in the sequenced region. A new set of markers was developed which allowed the localization of the D locus in a 16 kb interval. In this region, two genes were identified: a resistance gene and a gene encoding for a transporter. A transcriptional approach was initiated in addition to the positional cloning strategy to provide a first element which could confirm the involvement of one or more identified positional candidate gene(s) in the control of peach fruit acidity.

Chez la tomate, l'amélioration pour la qualité du fruit est rendue difficile par la multiplicité et la complexité des caractères. La cartographie de QTL a permis la caractérisation génétique de ces caractères. L'objectif est maintenant d'identifier les gènes sous-jacents aux QTL. Nous avons utilisé la cartographie par déséquilibre de liaison (DL) dans ce but. Pour éviter les fausses associations entre caractères et polymorphismes moléculaires, la structure génétique a été prise en compte dans l'analyse. La tomate cultivée montre un faible niveau de diversité génétique, ce qui réduit la résolution de cartographie. Le génome de la tomate de type cerise est décrit comme une mosaïque entre celui de la tomate cultivée et de l'ancêtre sauvage. Ce mélange devrait augmenter la résolution des études d'association. Nous avons utilisé une « core collection » focalisée sur des accessions de type cerise pour valider la région génomique contenant un QTL pour le nombre de loges. Deux mutations sont associées avec le caractère. Ces deux SNP ont évolué différemment du reste du chromosome 2, en subissant une sélection balancée qui témoigne de l'augmentation de la diversité morphologique lors de la domestication. L'étude, focalisée sur le chromosome 2, a permis d'analyser l'étendue du DL en fonction de la distance génétique et physique. Des associations, entre polymorphismes et phénotypes étudiés, ont été détectés avec des méthodes prenant en compte la structure génétique. Nous avons montré l'intérêt d'utiliser la structure en mosaïque du génome des accessions de type cerise pour surmonter les limitations de résolution dans les analyses d'associations chez une espèce cultivée autogame. / In Tomato (Solanum lycopersicum), breeding for fruit quality is difficult due to the multiplicity and complexity of the traits. QTL mapping has allowed the genetic characterization of these traits. One of the challenges is now to identify the genes underlying these QTLs. Following this aim, we used linkage-disequilibrium (LD) mapping. To avoid hazardous associations between traits and polymorphisms, the genetic structure has to be taken into account for LD mapping. Cultivated tomato showed low genetic diversity reducing mapping resolution. Cherry type tomato genome is described to be admixture between cultivated tomato and its wild ancestor. Such admixture may increase resolution of association mapping. We used a core collection focused on cherry type accessions to validate a candidate gene for a fruit locule-number QTL. We found that two single nucleotide polymorphisms (SNP) were highly associated with the trait. These two SNP evolved differently from the rest of the chromosome 2. They underwent a balanced selection which testifies a selection for fruit morphology diversity by human. Association mapping, focused on whole chromosome 2, allowed us to assess the extent of linkage disequilibrium over genetic and physical distances. Associations of polymorphisms with phenotypes were detected with structured association methods. We thus showed efficiency of genome admixture to overcome the low-resolution limitation of association mapping for an inbred crop. We validated previously identified QTLs and found associations with new QTLs and new candidate genes. An evolutionary model including bottleneck and gene flow between wild and domesticated forms is also presented.

En horticulture, les effets négatifs du déficit hydrique (WD) sur le rendement peuvent être en partie compensés par des effets positifs sur la qualité des fruits et la stimulation des défenses de la plante face à d’autres stress. L'objectif de la thèse était d'explorer un certain nombre de pistes permettant d'évaluer les effets positifs et négatifs du WD, et d'appréhender les facteurs de variations. Après avoir établi un état des connaissances actuelles des effets du WD sur la qualité des fruits, plusieurs questions ont été abordées: 1) quels sont les effets de WD appliqués à des stades précis du développement de la plante ou du fruit, 2) existe-t-il une mémoire du stress en cas d’alternance de période de WD et de récupération, 3) les défenses de la plante sont-elles stimulées par un WD lors d'une infection par un pathogène, et enfin 4) quelle est la variabilité génétique associée aux réponses au WD au travers des objectifs précédents. Pour cela, plusieurs expérimentations ont été réalisées en serres et en phytotrons. Les parents de la population MAGIC de la tomate (ayant une forte variabilité allélique) ont été étudiés, ainsi que deux tomates commerciales (pour l’étude de l’interaction WD – Botrytis cinerea). Les mécanismes de réponses induits lors du WD ont été caractérisés aux stades végétatif et reproductif à l’échelle de la plante, puis lors des phases de développement du fruit (division cellulaire, expansion cellulaire et maturation). Les stades végétatif et reproductif se distinguent par les mécanismes de gestion du stress oxydatif engendré par le WD. Les plantes végétatives seraient plus affectées au niveau des photosystèmes II alors que les plantes reproductives modulent plutôt leur besoin en eau et sont plus sensibles à l’approche des photosystèmes I. L’impact du WD sur la qualité des fruits diffère en fonction de leurs phases de développement. De forts effets génotypes ont été observés avec une amélioration de la qualité dite gustative (par rapport aux teneurs en sucres et acides) pour un génotype dont les caractéristiques initiales étaient plus faibles que le second génotype testé. L’alternance de périodes de WD et de récupérations constitue un bon compromis entre économie d’eau et adaptation des plantes (via une bonne gestion du stress oxydatif). Cette alternance de stress a des effets neutres à positifs sur les teneurs en sucres des fruits en fonction des génotypes et des réponses très variables pour les teneurs en acides organiques, caroténoïdes et acide ascorbique en fonction des génotypes. L’interaction entre un WD et B. cinerea génère une diminution du ratio C/N associé à une stimulation des défenses de la plante. Cependant l'interaction favorise le développement du pathogène dans les tiges. Cet effet délétère de l'interaction semble lié aux régulations hormonales mises en jeu avec la stimulation de l'ABA (par le WD) et de la voie SA (par B. cinerea et indirectement par le WD) qui sont antagonistes aux voies JA/ET de réponse aux pathogènes nécrotrophes. Toutefois, un effet positif a été observé pour les infections sur feuilles détachées qui constituent un instantané des défenses de la plante, et ce, uniquement pour les plantes déjà infectées sur tige. Ces résultats suscitent de nouvelles interrogations sur la stimulation des défenses de la plante. Ainsi, le WD permet une augmentation du pool de sucres solubles, sans impact notable sur le rendement, avec des effets variables sur les composés secondaires. Le WD permet également dans une certaine mesure de stimuler les défenses de la plante mais de nouvelles recherches sont nécessaires. Enfin, la variabilité génétique des réponses à l’échelle de la plante et du fruit est importante et interagit avec le WD. / In horticulture, yield losses associated to water deficit (WD) could be compensated by positive effects on fruit quality and stimulation of plant to others stresses. The aim of the thesis was to explore a number of questions to assess the positive and negative effects of the WD, and to understand factors variations after setting a current knowledge of the effects of WD quality fruit. The questions were: 1) to characterize the effects of WD applied at specific stages of development of plant or fruit, 2) to understand the stress memory effect by alternating period of WD and recovery, 3) to test the stimulation of plant defences by WD during an infection by a pathogen, and 4) to study the genetic variability associated with responses to WD through the previous objectives. For this, several experiments were conducted in greenhouses and growth chambers. The parents of the MAGIC population of tomato (with rich allelic variability) were studied, as well as two commercial tomatoes (for the study of the interaction between WD and Botrytis cinerea). Plant response mechanisms induced during a WD were characterized in both plant vegetative and reproductive stages, and then during the fruit development stages (cell division, cell expansion and maturation). The plant vegetative and reproductive stages are distinguished by different mechanisms of oxidative stress management generated by WD. Vegetative plants are more affected at the photosystem II while reproductive plants rather modulate their water needs and responses at the photosystem I. The impact of WD on fruit quality differs according to fruit developmental stages. Strong genotypes effects were observed with an important increase in fruit taste quality (according to the concentrations in sugars and acids) for one genotype, which had poorer initial fruit quality than the second. Alternating periods of WD and recovery is a good compromise between water saving and plant adaptation (through proper management of oxidative stress). This alternation of stress has neutral to positive effects on fruit sugar content according to the genotypes and highly variable responses for contents of organic acids, carotenoids and ascorbic acid according to the genotypes. The interaction between a WD and B. cinerea generates a decrease of C/N ratio that can be associated to a stimulation of the pool of plant defence. However, the interaction between B. Cinerea and this WD promote pathogen development in stems. This deleterious effect of interaction seems attributable to hormonal regulation with the stimulation of the ABA pathway (by WD) and the SA pathway (by B. cinerea), which are antagonistic to the JA / ET pathway involved in response to necrotroph pathogens. However, a positive effect was observed for infections in detached leaves of infected plants, detached leaves represent a snapshot of plant defences and these results raise new questions. Overall, these data provide that WD improve fruit taste (sugars and acids) without yield losses but had variables effects on health promoting compounds. WD could permit the stimulation of plant defence but more research is needed. To finish, the genetic variability induced important variability in plant and fruit responses and interact with WD.