La masse de la baie est le résultat de l’effet intégré de plusieurs facteurs. La recherche a été dessinée afin d’étudier l’effet simultané des facteurs majeurs influençant la masse et la composition de la baie, de les hiérarchiser selon leur degré d’impact à des échelles différentes, de séparer leur effet direct et indirect sur la composition du raisin et de comparer le profil de vins élaborés à partir de petites et grosses baies. L’étude a été conduite sur deux sites expérimentaux, localisés dans les régions de Saint-Emilion (France) et Alcamo (Italie), pendant les années 2014 et 2015. Sur le premier site, les vignes sont plantées sur deux types de sols, tandis que sur le deuxième, deux traitements hydriques étaient appliqués. A l’échelle intra-parcellaire, l’état hydrique de la vigne représente le facteur le plus important, tandis que l’effet du nombre de pépins par baie n’est pas significatif. Des résultats opposés sont obtenus lorsque les relations sont étudiées à l’échelle de la grappe et de la plante. A large échelle, les facteurs impactent directement et indirectement la composition du raisin et les petites baies produisent des moûts et des vins plus concentrés. A l’inverse, à l’échelle de la grappe et de la plante, la masse de la baie n’influence pas la composition du raisin. Seule la concentration en anthocyanes est significativement liée à la masse à toutes les échelles. Cette relation est particulièrement évidente sous conditions hydriques limitantes. Un déficit hydrique augmente le ratio pellicule/pulpe, indépendamment de la masse de la baie. Petites et grosses baies d’une parcelle ayant une condition hydrique homogène, tendent à avoir un profil similaire. / Final berry mass is the result of the integrated effect of several factors. They also influence berry composition. The present work was designed to study the simultaneous effect of major factors influencing berry mass and composition, to hierarchize their impact at different scales, to distinguish their direct and indirect effect on berry composition and to compare the profile of wines made from large and small berries. The study was carried out simultaneously on two vineyards located in the Saint Emil ion (France) and Alcamo (Sicily) areas, during 2014 and 2015. On the first site, vines were planted on two soil types, while on the second site two different irrigation treatments were applied. Depending on the scale, some factors homogeneously impacted the berry mass and composition. At the intra-parcel scale, vine water status represented the most impacting factor, while berry seed number did not have significant effect. Opposite results were obtained when the investigation was carried out at the intra-bunch and intra-plant scales. At large scale, factors impacted directly and indirectly berry compounds and grape juices and wines produced from smaller berries were more concentrated. Neither at intra-bunch, nor at intra-plant scales, berry size effect on juice composition was significant. Only anthocyanin concentration was related to berry size at all scales. This fact was particularly obvious in berries produced under limited water conditions. Water deficit increased the skin to flesh ratio, independently of berry size. This means that small and large berries, produced from a single parcel with homogenous water uptake conditions, tend to have similar enological profiles.

Les flavan-3-ols et leurs polymères, les proanthocyanidines, appartiennent à une famille de flavonoïdes appelée les tannins condensés. Ces composés polyphénoliques jouent un rôle essentiel dans la qualité phytosanitaire des baies de raisin ainsi que dans les propriétés organoleptiques du vin (flaveur, astringence et couleur). La connaissance des mécanismes qui régissent leur biosynthèse est donc primordiale afin de mieux comprendre la mise en place de la typicité d’un vin. Ce mémoire est consacré à l’étude de l’une des enzymes responsables de la synthèse des flavan-3-ols : la leucoanthocyanidine réductase 1 de Vitis vinifera (VvLAR1). Dans une première partie, nous décrivons les conditions d’expression, de purification et de stabilité de l’enzyme recombinante. L’activité enzymatique est démontrée et la configuration 2R,3S des produits réactionnels caractérisée. La seconde partie de ce manuscrit décrit l’étude structurale de l’enzyme. Des monocristaux d’apoenzyme, de complexes binaires (VvLAR1 / NADPH) et d’un complexe ternaire (VvLAR1 / NADPH / (+)-catéchine) ont été obtenus. Les différentes structures permettent de décrire les modifications structurales associées à la fixation du coenzyme puis du produit. Un mécanisme catalytique basé sur les interactions intermoléculaires observées au sein du complexe ternaire est proposé. La troisième partie de ce mémoire est consacrée à la recherche de conditions expérimentales permettant la production et la stabilisation de la leucocyanidine en solution, un des substrats naturels de l’enzyme. Les résultats obtenus permettent une première approche de l’étude des propriétés cinétiques de la VvLAR1. / Flavan-3-ols and their polymerisation products, proanthocyanidins, belong to a flavonoid family named condensed tannins. These polyphenolic compounds play a major role in the protection of grape berries to intruders and in the organoleptic properties of wine (flavour, astringency and colour). Knowledge of the mechanisms which govern their biosynthesis is thus essential to better understand wine typical composition. The present thesis is devoted to the investigation of one of the two enzymes which catalyse the flavan-3-ols formation: leucoanthocyanidin reductase 1 from Vitis vinifera (VvLAR1). In the first part of the manuscript, we describe the expression, purification and stability conditions of the recombinant enzyme. The enzyme activity is demonstrated and the reaction product 2R,3S configuration is characterised. The second part of this report describes the structural studies of the enzyme. Monocrystals of the apoenzyme and of binaries (VvLAR1 / NADPH) and a ternary (VvLAR1 / NADPH / (+)-catechin) complexes were obtained. These different structures allow the description of the structural changes associated with the coenzyme and then the substrate binding. A catalytic mechanism, based on the intermolecular interactions within the ternary complex, is proposed. The last part of the work is devoted to the investigation of the experimental conditions leading to the stability of leucocyanidin in solution, one of the natural substrates of the enzyme. The results obtained allow a first study of the VvLAR1 kinetic properties.

A seguito degli scenari imposti dal cambio climatico il miglioramento dell’efficienza di uso dell’acqua (WUE) delle colture sono divenuti obiettivi fondamentali da perseguire. Il seguente studio pone al centro la WUE come parametro fisiologico cardine nella definizione del comportamento della vite in caso di riduzione della disponibilità idrica e si pone come obiettivo di valutarne le diverse forme di espressione, per individuare quale di queste sia meglio correlata alle performance delle varietà considerate, al fine di ottenere dati oggettivi che consentano di derivare consigli per la messa a punto di una più idonea tecnica irrigua. Nel triennio è stata valutata la risposta fisiologica di Sangiovese e Montepulciano, sottoposti a stress idrico di differente intensità in fasi fenologiche diverse. Inoltre, sono state saggiate le potenzialità genetiche della vite in condizioni di limitata disponibilità idrica attraverso il confronto delle performance di viti di Sangiovese innestate su due diversi portinnesti, ovvero confrontando un genotipo tradizionalmente sensibile, SO4, con uno selezionato in funzione della resistenza allo stress idrico, ovvero M4. Tutte le ricerche sono state condotte implementando apparati di misura innovativi che hanno permesso di ottenere la stima dell’efficienza di uso dell’acqua dell’intera chioma per la durata complessiva di ciascuna prova, poi confrontata con le forme più usuali di espressione di questo parametro fisiologico. Il lavoro rimette in discussione la metodologia e le deduzioni che si possono trarre da determinazioni di WUE condotte su singola foglia che, nella grande maggioranza dei casi, non hanno trovato corrispondenza nelle misure che hanno interessato l’intera chioma. / Within the current climate change scenario, the optimization of irrigation water use in vineyards by improving its water use efficiency (WUE) is a core subject of interest to assure sustainability in viticulture. The following research focuses on the physiological parameter WUE as pivotal in defining the behavior of grapevine under water stress. The aim is to assess the various forms of expression of the parameter, to identify which of these better correlates to the performance of the considered varieties, in order to obtain objective data and to derive recommendations for a more suitable irrigation technique. Over three years we evaluated physiological responses of Sangiovese and Montepulciano vines subjected to progressive water deficit either pre and post-veraison. Moreover, the genetic potential of grapevine under conditions of limited water availability was tested through the comparison of the performance of Sangiovese vines grafted on two different rootstocks; SO4, a traditional susceptible genotype and M4, a recently selected scion supposed to be tolerant to water stress. During the research we also designed, implemented and tested an innovative apparatus able to run automated water deficit experiments and to concurrently monitor whole canopy even for a season long time frame. These measurements were compared to traditional single leaf readings and a general conclusion was that, in most cases, single leaf WUE assessment did not match with the measures obtained from the whole canopy enclosure system.

Il cambio climatico sta inducendo una precocità negli fasi fenologiche della vite, tra cui la maturazione, un fenomeno che si verifica spesso nelle stagioni più calde e che porta a vini sbilanciati. La composizione della bacca consiste principalmente di metaboliti primari e secondari. Entrambi sono sensibili all'ambiente e alla gestione del vigneto. Di conseguenza, il cambiamento climatico può influenzare la composizione delle bacche e modificare la qualità del vino e la tipicità. La defogliazione può influenzare la composizione della bacca, modulando il bilancio vegeto-produttivo. Durante i tre anni del dottorato di ricerca, diversi rapporti tra superficie fogliare e uva sono state studiate per chiarire i meccanismi d'azione contro il processo di maturazione. In questa ricerca è stato studiato l'effetto della severità, tempismo e la posizione di defogliazione su due vitigni, Sangiovese e Cabernet Sauvignon. / Global warming is inducing a general earliness in the onset of grapevine phenological stages including ripening, a phenomenon that occurs often in the hottest seasons and which leads to unbalanced wines. Grape berry composition mainly consists of primary and secondary metabolites. Both are sensitive to environment and viticultural management. As a consequence, climate change can affect berry composition and modify wine quality and typicity. Leaf removal techniques can impact berry composition by modulating the source-to-sink balance. During the three years of PhD, different leaf-to-fruit ratios were studied to clarify action mechanisms vs the ripening process. In this research was studied the effect of severity, timing and position of leaf removal on two cultivars, Sangiovese and Cabernet Sauvignon.

Maîtriser l'impact des maladies sur les cultures est un défi majeur de l'agriculture moderne. Cette préoccupation est un aspect important de l'optimisation de la productivité, notamment en viticulture. En France, le mildiou de la vigne causé par Plasmopara viticola est une des maladies cryptogamiques responsable des épidémies les plus dévastatrices et les plus redoutées. Les traitements reposent sur l'utilisation préventive, systématique et onéreuse de composés chimiques antifongiques dont l'utilisation massive constitue un risque à la fois pour l'homme et l'environnement. La réduction de l'utilisation de fongicide implique le développement d'outils de diagnostic au champ, qui requiert la compréhension des interactions entre la plante et les agents pathogènes. Les travaux de cette thèse pluridisciplinaire ont porté sur le pathosystème Plasmopara viticola - Vitis vinifera, notamment pour répondre à l'intérêt croissant pour un outil de diagnostic en temps réel de la maladie utilisable au vignoble. Les stilbènes sont des phytoalexines impliqués dans la défense de certaines plantes supérieures vis-à-vis de stress biotiques et abiotiques. L'autofluorescence de ces composés phénoliques, dont la biosynthèse est induite dans les feuilles de vigne par P. viticola, en fait un potentiel marqueur naturel de l'infection. En effet, la faible autofluorescence bleu-verte des feuilles de vigne saines est considérablement renforcée par l'autofluorescence violet-bleue des stilbènes à la surface de feuilles de vigne infectée par P. viticola. Cette étude a montré que quelque soit le niveau de résistance du génotype, l'autofluorescence violet-bleue des stilbènes induit par l'infection est présente au niveau des parois des cellules de l'épiderme. En dehors de la concentration, la viscosité s'est révélé être la principale variable physico-chimique influençant l'intensité de l'autofluorescence des stilbènes dans les différents compartiments cellulaires des feuilles de vigne. Ceci explique la fluorescence intense des parois, particulièrement rigides, des cellules de garde (stomates) des feuilles infectées. Le suivi cinétique journalier a révélé la nature transitoire de l'autofluorescence des stilbènes lors de l'infection. La robustesse et l'intérêt de ce signal a également été validée par la mesure à différentes échelles (de la cellule à la feuille entière) et avec différentes méthodes fluorimétriques. Les résultats de ce travail ont permis des avancées sur la connaissance du rôle de composés phénoliques induits et constitutifs dans la défense contre P. viticola. En plus de la localisation de l'autofluorescence des stilbènes en surface des feuilles, la microscopie confocale couplée à la microspectrofluorimetrie a révélé différentes localisations de ces phytoalexines dans la profondeur des tissus en corrélation avec le niveau de résistance des génotypes. L'utilisation de l'autofluorescence des stilbènes comme marqueur de l'infection a permis de mettre en évidence : 1) le fait que les flavonols constitutifs des feuilles de V. vinifera retardent le développement de l'infection par P. viticola; et 2) le fait que les acides hydroxycinnamiques constitutifs ne semble pas participer à la défense contre P. viticola. Enfin, une nouvelle méthode de diagnostic non-destructive du mildiou sur feuille basée sur l'autofluorescence des stilbènes a été développée. Elle a montré une détection pré-symptomatique du mildiou sur les feuilles de vigne entières dès le premier jour après l'infection sur la face abaxiale et le troisième jour sur la face adaxiale. Cette méthode de diagnostic du mildiou a été validée au laboratoire notamment grâce à un prototype de capteur proximal développé en collaboration avec la société Force-A. La validation de la méthode au vignoble dans le cadre d'infection naturelle est la prochaine étape pour une utilisation de ce capteur optique dans le cadre de l'agriculture durable et de la sélection variétale.

L'esca est un syndrome cryptogamique vasculaire de la vigne (Vitis vinifera). Une phase pionnière, sous la dépendance de Phaeoacremonium aleophilum (PA), Phaeomoniella chlamydospora (PC) et éventuellement de Eutypa lata (EL) permet la mise en place d'autres espèces. Depuis l'interdiction de l'arsénite de sodium, cette maladie n'est plus contrôlée.<br /> Nous avons étudié les propriétés de PA, PC et EL, en particulier l'impact sur leur croissance de fongicides commerciaux et de fongicides systémiques synthétisés au laboratoire, ainsi que de molécules naturelles. Ces pathogènes ne présentent pas la même sensibilité à ces molécules et l'un d'eux (PA) est peu affecté par divers traitements. En parallèle, nous avons étudié les propriétés d'ambimobilité de l'acide salicylique (AS) et de quelques-uns de ses dérivés halogénés.<br /> Nous avons montré que F 30, un dérivé acide du fenpiclonil, est mobile dans les boutures de vigne après application foliaire. Il est en partie retenu dans le bois et libère la molécule parent dans les racines. L'acide 5-chlorosalicylique (5-ClAS), connu pour être plus actif que AS pour stimuler les défenses naturelles, présente une mobilité voisine de celle de AS. Sur ces bases, F 30 et 5-ClAS ont été retenus pour des tests préliminaires de traitement par voie foliaire de boutures de vigne infectées.<br /> Cette recherche exploratoire souligne la complexité de la problématique, une lutte chimique (fongicide), génératrice de contraintes, devant s'intégrer dans une stratégie globale de contrôle.

Les variétés traditionnelles de vigne nécessitent de très nombreux traitements phytosanitaires pour lutter contre les maladies cryptogamiques qui touchent leurs parties herbacées, comme le mildiou et l'oïdium, causés par Plasmopara viticola et Erysiphe necator respectivement. Ces traitements, coûteux et préjudiciables pour l'environnement, pourraient être réduits par l'emploi de variétés résistantes. La vigne cultivée européenne (Vitis vinifera, 2n=38) est très sensible au mildiou et à l'oïdium. En conséquence, la résistance doit être introduite à partir d'autres Vitaceae ayant un niveau de résistance plus élevé à ces maladies. Plusieurs origines de résistance ont déjà été observées et inventoriées, en particulier chez l'espèce d'origine américaine Muscadinia rotundifolia (2n=40). Ces facteurs sont d'un intérêt majeur pour la sélection de variétés résistantes. Cependant, lors du processus d'introgression, des difficultés à obtenir des pépins viables en F1 ainsi que des anomalies phénotypiques dans les descendances en rétrocroisement ont été constatées. Afin d'optimiser la gestion des résistances provenant de cette espèce dans les programmes d'amélioration variétale, il est nécessaire de comprendre l'organisation génétique et génomique de M. rotundifolia, et de compléter la connaissance des facteurs de résistance issus de cette espèce. Dans ce contexte, les objectifs de la thèse sont : (i) de réaliser une analyse comparative des génomes de V. vinifera et M. rotundifolia et (ii) d'identifier de nouveaux facteurs de résistance chez M. rotundifolia utilisables à terme en sélection. Pour cela, une carte génétique de M. rotundifolia a été développée à partir d'une population de 200 individus issue de l'autofécondation de M. rotundifolia cv. Regale. Parallèlement, la même population a été testée pour son niveau de résistance au mildiou et à l'oïdium. Une carte génétique couvrant 950 cM a été réalisée. Elle comprend 191 marqueurs microsatellites répartis sur les 20 chromosomes de M. rotundifolia, et permet de conclure à un niveau de macrosynténie très élevé avec V. vinifera. Le groupe de liaison 20 de M. rotundifolia correspondrait à la partie inférieure du groupe de liaison 7 de V. vinifera. Par ailleurs, un QTL de résistance au mildiou a été détecté sur le groupe de liaison 18 de M. rotundifolia, au niveau d'une région riche en gènes de type NBS-LRR, et un nouveau QTL de résistance majeur à la l'oïdium a été mis en évidence sur le groupe de liaison 14 de M. rotundifolia. Ce QTL, nommé Ren5 pour 'Resistance to Erysiphe necator 5', montre une action précoce dans l'arrêt de la croissance du mycélium du pathogène, dès l'établissement des premiers stades de biotrophie du champignon. De plus, le QTL Ren5 a été confronté à deux souches supplémentaires d'E. necator, appartenant aux deux groupes d'oïdium retrouvés dans vignobles européens, contre lesquelles il reste efficace. Les données de cartographie génétique générées pour M. rotundifolia dans ce travail, ainsi que la mise en évidence de Ren5 et de son mode d'action, permettront d'améliorer la gestion des facteurs de résistance issus de cette espèce pour la sélection de variétés résistantes au mildiou et à l'oïdium.

Les stilbènes sont les métabolites de défense majeurs de la vigne, qui sont également connus pour leurs nombreuses propriétés pharmacologiques. Tirant parti du récent séquençage du génome de la vigne, l'objectif de ce travail est de caractériser les familles de gènes impliqués dans la biosynthèse des stilbènes chez la vigne, et de préciser leur rôle dans les défenses contre le mildiou (Plasmopara viticola). La première étape de la biosynthèse des stilbènes est catalysée par la stilbène synthase (STS), pour former le resvératrol. L'analyse détaillée du génome de la vigne a permis d'identifier 48 gènes STS, dont 32 gènes potentiellement fonctionnels. La caractérisation fonctionnelle d'une sélection de gènes représentatifs de la diversité de la famille suggère que l'ensemble des 32 gènes STS code pour des protéines ayant réellement une activité stilbène synthase. L'analyse évolutive des gènes STS montre que la famille est très contrainte, sans trace de néo-fonctionnalisation. La famille des STS de la vigne représente donc un exemple unique d'une famille de plus de 30 gènes codant pour des protéines de fonction identique, et la signification biologique de cette expansion est discutée. Une seconde enzyme importante du métabolisme des stilbènes est la resvératrol O-méthyltransférase (ROMT). La ROMT est impliquée dans la méthylation du resvératrol pour former le ptérostilbène, un composé hautement fongitoxique qui pourrait jouer un rôle important dans les mécanismes de défenses de la vigne. Notre analyse de la famille ROMT montre qu'elle est constituée de 17 gènes, dont deux seulement (VvROMT1 et VvROMT2) semblent impliqués dans la synthèse de ptérostilbène. L'expression de ces deux gènes est induite suite à une infection par P. viticola au niveau des feuilles de vigne. Deux autres gènes de la famille, VvROMT12 et VvROMT13, sont exprimés constitutivement au niveau des racines, et ne semblent pas répondre au stress. Des analyses métabolomiques sur des plants de Nicotiana benthamiana transgéniques exprimant ces deux ROMT ainsi que des tests enzymatiques in vitro ont été réalisés afin de déterminer la fonction des gènes ROMT12 et 13. L'ensemble de ces résultats fait apparaître une amplification remarquable des gènes impliqués dans la synthèse des stilbènes chez la vigne et ouvrent la voie à l'étude détaillée de la régulation de cette voie importante du métabolisme de défense de la vigne.

Vineyards in the Mid-Atlantic often have large, vigorous vines that can be costly to manage and produce inadequate fruit for wine production. Dense canopies increase the incidence of fungal disease, require greater allocation of resources to manage, and inhibit fruit development. The primary objective of these studies was to determine effective vine-size modification treatments that would optimize fruit quality, while reducing labor and chemical control. Research factors included root manipulation, under-trellis ground cover, and rootstock. Treatment levels were root bag (RBG) or no root manipulation (NRM); under-trellis cover crop (CC) or herbicide strip (HERB); and one of three rootstocks: 101-14, Riparia Gloire, or 420-A. Effects of these treatments were measured in two experiments: Experiment I compared combinations of all three treatments, while Experiment II explored the individual effects of root restriction using root bags of varying volumes. Root restriction consistently demonstrated the ability to reduce vegetative growth and vine water status. In the first experiment fruit-zone photosynthetic photon flux density (PPFD) was increased by 234% in RBG vines. Timed canopy management tasks indicated that RBG canopies required about half the labor time of NRM canopies. Anthocyanin concentration and total phenolic content were increased by 20% and 19% respectively in RBG fruit. CC increased fruit-zone PPFD by 62%, and increased soluble solids and color compounds. The 420-A rootstock reduced potassium uptake, resulting in lower must potassium concentration. Results demonstrated that these treatments significantly reduce vegetative growth in a humid climate, decrease management labor, and produce higher quality fruit. / Master of Science / Vineyards in the Mid-Atlantic often have large, vigorous vines that can be costly to manage and produce inadequate fruit for wine production. Dense canopies increase the incidence of fungal disease, require greater allocation of resources to manage, and inhibit fruit development. The primary objective of these studies was to determine effective vine-size modification treatments that would optimize fruit quality, while reducing labor and chemical control. Research factors included root manipulation, under-trellis ground cover, and rootstock. Treatment levels were root bag (RBG) or no root manipulation (NRM); under-trellis cover crop (CC) or herbicide strip (HERB); and one of three rootstocks: 101-14, Riparia Gloire, or 420-A. Effects of these treatments were measured in two experiments: Experiment I compared combinations of all three treatments, while Experiment II explored the individual effects of root restriction using root bags of varying volumes. Root restriction consistently demonstrated the ability to reduce vegetative growth and vine water status. Sunlight exposure to grape berries was significantly increased in RBG vines. Timed canopy management tasks indicated that RBG canopies required about half the labor time of NRM canopies. Sugar and color concentration were both increased in RBG fruit. CC also increased sunlight exposure, as well as sugar and color concentration. The 420-A rootstock reduced potassium uptake, resulting in lower must potassium concentration. Results demonstrated that these treatments significantly reduce vegetative growth in a humid climate, decrease management labor, and produce higher quality fruit.

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