MINISTERE DE LA JEUNESSE, DE L'EDUCATION NATIONALE

ET DE LA RECHERCHE

ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES

Sciences de la Vie et de la Terre

MEMOIRE

Présenté par Philippe Duffé

Pour l'obtention du diplôme de l'Ecole Pratique des Hautes Etudes

CARACTERISATION de QTL LIES à la QUALITE de la TOMATE par RECHERCHE de COLOCALISATIONS avec des GENES de FONCTION CONNUE

Soutenu le 18 septembre 2003, devant le jury suivant :

Max Bergoin, Directeur d'études EPHE Président

Bernard Mignotte, Directeur d'études EPHE Rapporteur

Mathilde Causse, Directeur de Recherches INRA Examinateur

Christophe Rothan, Chargé de Recherches INRA Examinateur

Laboratoire de Génétique Moléculaire et Physiologique EPHE (Sciences de la Vie et de la Terre), Directeur : Bernard Mignotte, Université de Versailles/Saint-Quentin, CNRS UPRES-A 8087, Bât. Fermat, 45 av. des Etats-Unis, 78035 Versailles, mignotte@genetique.uvsq.fr

Laboratoire d'accueil : Unité de Génétique et d'Amélioration des Fruits et Légumes, INRA, centre d'Avignon, Responsable scientifique : Mathilde Causse, B.P. 94, 84143 Montfavet Cedex, causse@avignon.inra.fr

CARACTERISATION de QTL LIES à la QUALITE de la TOMATE par RECHERCHE de COLOCALISATIONS avec des GENES de FONCTION CONNUE

Philippe Duffé

Résumé

La place importante prise par la tomate (Lycopersicon esculentum Mill) du point de vue économique a suscité un intérêt marqué pour ce végétal de la part des sélectionneurs. Cependant, on a trop longtemps privilégié l'adaptation aux conditions de culture et les résistances aux maladies et donc la productivité au détriment de la qualité organoleptique.

Un programme de recherche a été entrepris à l'INRA en 1995 afin d'analyser les relations entre les composantes majeures de la qualité organoleptique et étudier leurs déterminismes génétiques par cartographie des QTL (Quantitative Trait Locus) et des gènes contrôlant leurs variations.

Afin de préciser le rôle de ces QTL et tenter de les caractériser, nous avons cartographié des gènes de fonction connue susceptibles d'être impliqués dans le développement ou la composition du fruit et de rechercher parmi eux ceux colocalisés avec les QTL.

Cette étude a permis de mettre en évidence un nombre important (185) de QTL pour de nombreux caractères physiques et chimiques liés à la qualité de la tomate. Nous avons également cartographié 195 locus d'EST (Expressed Sequence Tag) ou de gènes supposés impliqués dans différents métabolismes inhérents à la qualité et / ou au poids du fruit.

Ces éléments nous ont permis d'identifier des gènes candidats positionnels aux fonctions liées aux caractères pour au moins 30 QTL. Certains de ces QTL expliquent un gain important : environ 45 % pour les sucres, 70 % pour les acides et 450% pour la teneur en carotène.

Il ne s'agit cependant que d'hypothèses de caractérisation. Pour proposer de véritables gènes candidats qui soient fonctionnels et véritablement positionnels, nous devons envisager de mettre en œuvre une cartographie fine des secteurs du génome portant les QTL jugés les plus intéressants.

Nous pourrons ainsi proposer à moyen terme la caractérisation de QTL fortement impliqués dans la qualité organoleptique de la tomate grâce à la mise en œuvre de la stratégie gène candidat.

MOTS CLEFS : Tomate, Lycopersicon, qualité et développement du fruit, QTL, gène candidat.

TABLE des MATIERES

Liste des abréviations p 5

Introduction générale p 7

CHAPITRE 1 SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE p 9

1.1 La tomate p 9

1.1.1 Généralités p 9

1.1.2 Description p 11

1.2 La qualité organoleptique p 13

1.2.1 Généralités p 13

1.2.2 Définitions p 13

1.2.3 Différents aspects de la qualité p 14

1.2.4 Facteurs de détermination de la qualité des produits végétaux p 15

1.2.5 Historique de l'amélioration pour la qualité des fruits de tomate pour la consommation en frais p 15

1.2.6 Difficultés d'évaluation de la qualité p 18

1.2.7 Outils de mesure et d'évaluation de la qualité organoleptique p 19

1.2.8 Composantes de la qualité p 21

1.2.9 Facteurs (autres que génétiques) intervenant dans la variation de la qualité organoleptique de la tomate p 25

1.3 Les bases moléculaires de la qualité de la tomate p 28

1.3.1 Caractéristiques du génome p 28

1.3.2 Amélioration génétique p 28

1.3.3 Utilisation des marqueurs moléculaires et des cartes génétiques pour l'étude de la qualité de la tomate p 30

1.3.4 La démarche gène candidat p 33

1.3.5 Influence des facteurs génétiques dans la variation de la qualité de la tomate p 36

1.3.6 QTL et Gènes impliqués dans la variation de la qualité du fruit p 39

Liste des abréviations

AB QTL Advanced Backcross QTL analysis

ADN Acide Désoxyribonucléique

ADNc Acide Désoxyribonucléique complémentaire

AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism

AFNOR Association Française de Normalisation

ARN Acide Ribonucléique

ARNm Acide Ribonucléique messager

asa ascorbic acid, teneur en vitamine C

BAC Bacterial Artificial Chromosome, chromosome artificiel de bactérie

brx ° Brix, teneur en sucres solubles

car teneur en carotène

ca teneur en citrate

chr chromosome

cM centiMorgan

CTIFL Centre Technique Interprofessionnel des Fruits et Légumes

Del Mutation "Delta"

dmw dry matter weight, teneur en matière sèche totale

DNA Acide Désoxyribonucléique

EST Expressed Sequence Tag

et al. et alter (et les autres)

fir firmness, fermeté

frle fruit length, longueur du fruit

fru teneur en fructose

frwi fruit width, largeur du fruit

fw fruit weight, poids du fruit

GC gène connu

glu teneur en glucose

hp Mutation « high pigment »

HPLC Chromatographie de Haute Performance en phase Liquide

IL Lignée d'Introgression

INRA Institut National de la Recherche Agronomique

IR Indice de Réfraction

ISSR Inter Simple Sequence Repeat

Kb Kilobase

LA Lycopersicon Accession

lyc teneur en lycopène

LOD ou Lod Logarithm of the Odds Ratio, logarithme du rapport de vraisemblance

ma teneur en malate

Mbp Méga paires de bases

MS Matière Sèche

NILs Near Isogenic Lines ou Lignées quasi-isogéniques

nor Mutation "non ripening"

og Mutation "old gold"

og^c Mutation "old gold crimson"

ORF Opening Reading Frame

PCR Polymerase Chain Reaction

PEPC Phospho-enolpyruvate carboxylase

pH potentiel Hydrogène

PVE Phénotypic Variance Explained

QTL Quantitative Trait Locus

RAPD Random Amplified Polymorphism DNA

red reducing sugars, teneur en sucres réducteurs

RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism, polymorphisme de longueur de fragments de restriction

RIL Recombinant Inbred Line (Lignée recombinante)

rin Mutation "ripening inhibitor"

suc teneur en saccharose

SONITO Société Nationale Interprofessionnelle de la Tomate

SS Solides Solubles

ta titratable acidity, acidité titrable

TIGR The Institute for Genomic Research

ty total yield, rendement total

YAC Yeast Artificial Chromosome, chromosome artificiel de levure

INTRODUCTION GÉNÉRALE

La place importance prise par la tomate (Lycopersicon esculentum Mill) du point de vue économique et ses caractéristiques biologiques ont induit un intérêt marqué pour ce végétal de la part de nombreux chercheurs s'intéressant à diverses disciplines (génétique, agronomie, physiologie, …).

La tomate a fait l'objet d'une sélection d'abord traditionnelle puis de plus en plus sophistiquée qui a permis la création d'une gamme impressionnante de types variétaux pour chacun desquels le choix de variétés se renouvelle très rapidement. Ainsi, actuellement la durée de vie commerciale d'une variété hybride F1 excède rarement huit ans.

La mise au point de méthodes culturales adaptées à chaque région et à chaque type variétal a également contribué à asseoir l'importance de cette espèce.

Cependant les sélectionneurs ont longtemps privilégié la productivité, l'adaptation aux conditions de culture et les résistances aux maladies au détriment de tout autre caractère d'intérêt. Actuellement, la qualité organoleptique des variétés sur le marché ne satisfait plus les consommateurs, surtout depuis le développement, il y a une douzaine d'années, de variétés à fruits de longue conservation. L'acquisition d'une bonne valeur organoleptique, associée à une bonne conservation est devenue depuis lors, un enjeu majeur pour les sélectionneurs. Pour y répondre, il est essentiel de mieux connaître les bases physiologiques et moléculaires de ses composantes.

Un programme de recherche a été entrepris à l'I.N.R.A. en 1995 afin d'analyser les relations entre les composantes majeures de la qualité organoleptique et d'étudier leur déterminisme génétique, par cartographie des QTL (Quantitative Trait Locus : région du génome où un ou des locus sont impliqués dans la variation génétique de caractères quantitatifs) et des gènes contrôlant leur variation.

Une population de lignées recombinantes (RIL) a été constituée à partir du croisement intraspécifique entre une lignée à petits fruits (L. esculentum cerasiforme) mais ayant des caractéristiques chimiques et sensorielles remarquables et une lignée à fruits moyens mais à valeur gustative limitée. Une carte génétique de ce croisement a été construite couvrant 85 % du génome de la tomate (Saliba-Colombani 2000). Cette population a été caractérisée pour 38 critères de qualité (composantes physiques, chimiques, aromatiques et sensorielles). De un à cinq QTL ont été localisés pour la plupart des caractères, certains expliquant une part importante de la variation phénotypique (r² > 30%). Des regroupements de QTL pour plusieurs caractères ont été observés. L'intensité aromatique apparaît, par exemple, déterminée à la fois par la teneur en matière sèche et en sucres et, par l'acidité des fruits. La teneur en matière sèche et la taille du fruit sont, par contre, antagonistes. L'ensemble de ces caractères est principalement contrôlé par neuf régions du génome. De nombreux QTL se regroupent dans la région distale du chromosome 2 avec des effets importants et parfois antagonistes (Saliba-Colombani 2000). Ce regroupement a également été observé dans d'autres populations (Fulton et al. 2002a).

Afin de préciser la fonction de ces QTL et tenter de caractériser les gènes responsables des composantes de la qualité, nous avons entrepris de cartographier des gènes de fonction connue, susceptibles d'être impliqués dans le développement ou la composition du fruit et de rechercher parmi eux ceux colocalisés dans les régions riches en QTL. Ces gènes ont différentes origines : le laboratoire de physiologie végétale de l'I.N.R.A. de Bordeaux qui nous a fourni de nombreux ADNc spécifiquement exprimés au cours du développement précoce du fruit ou intervenant dans le métabolisme carboné et le T.I.G.R. (The Institute for Genomic Research) qui a séquencé plus de 100.000 E.S.T. (Expressed Sequence Tag) de tomate, parmi lesquels nous avons pu compléter la liste des gènes impliqués dans le métabolisme des sucres et des acides.

Notre démarche consiste à rechercher d'éventuelles colocalisations entre des gènes dits "de structure" et les QTL détectés afin de pouvoir proposer ainsi des gènes candidats pouvant expliquer la part de variation dont ces QTL sont responsables.

CHAPITRE 1 SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE

1.1 La tomate

1.1.1 Généralités

La tomate, plante pérenne cultivée presque partout dans le monde comme une plante annuelle, produit un fruit généralement utilisé comme un légume. Elle est très utilisée dans l'alimentation moderne non seulement en tant que légume fruit mais aussi parce qu'elle rentre dans la composition de soupes, sauces et boissons (Rick 1978).

1.1.1.1 Production

La production mondiale ne cesse d'augmenter : 10 millions de tonnes en 1950, 54 millions en 1983 (annuaires de la F.A.O., cités par Jebari-Benani, 1986) et 105 millions en 2001 dont environ la moitié pour le marché de frais et l'autre moitié pour l'industrie de transformation (F.A.O. 2002). La principale zone de production est l'Asie avec la Chine (24 millions) et l'Inde (9 millions) mais leur consommation intérieure est tellement importante qu'ils ne participent pas aux échanges commerciaux internationaux. Viennent ensuite les Etats-Unis (environ 11 millions de tonnes) dont la production est principalement destinée à l'industrie agro-alimentaire. La troisième zone importante de production est l'Europe avec environ 15 millions de tonnes (produites d'abord en Espagne puis en Italie, la France arrivant en quatrième position). Les surfaces cultivées actuellement en France pour le marché de frais sont de l'ordre de 3000 ha : 1400 ha de serre chauffée, 800 ha d'abris froids et 850 ha de culture non protégée (plein air) (Agreste 2002). Pour ce qui est de la tomate d'industrie, les surfaces avoisinent les 5000 ha. Les rendements sont très variables, pour la France : ils peuvent aller d'environ 50 tonnes /ha pour la tomate d'industrie, à 450 tonnes /ha en serres chauffées hors sol en culture longue (Gry 2000).

1.1.1.2 Consommation

La tomate est le premier légume (hors pomme de terre) consommé dans le monde. Les Français n'échappent pas à cet engouement: 35 kg par personne et par an (environ le tiers en produit frais et le restant en produits transformés, Gry 2000). D'un point de vue purement diététique l'énorme succès de la tomate comme aliment dans la plupart des pays est difficile à expliquer. En effet aucun de ses composés nutritifs n'est contenu en concentration élevée. Une étude (Stevens, 1977, cité par Rick, 1978) montre que la tomate n'est que treizième et seizième respectivement pour ses teneurs en vitamine C et A, loin derrière le brocolis, l'épinard ou le choux de Bruxelles par exemple. Par contre sa facilité de préparation (en salade ou grâce aux produits cuisinés) en fait un aliment pratique et, depuis quelques années, économiquement abordable quelle que soit la saison.

1.1.1.3 Classification

La très grande majorité des formes cultivées appartiennent à l'espèce Lycopersicon esculentum Mill. (Mill. pour Miller, botaniste qui a classé l'espèce tomate dans le nouveau genre Lycopersicon en 1754) qui appartient à la famille des Solanacées. Cette famille comprend 2.300 espèces tropicales et subtropicales originaires de l'Amérique centrale et de l'Amérique du Sud (d'Arcy, 1991 cité par Doganlar, 2002a). Le genre Lycopersicon est représenté par neuf espèces : huit sauvages et une pouvant être considérée comme à la fois cultivée et sauvage : L. esculentum. Le genre Lycopersicon est très proche du genre Solanum (Warnock 1988).

1.1.1.4 Historique

On connaît encore mal l'origine géographique de la tomate et les premières circonstances de sa domestication. Cependant, trois faits sont certains :

- Les tomates cultivées sont originaires du Nouveau Monde : toutes les espèces sauvages apparentées proviennent de la région des Andes qui recouvrent partiellement les territoires actuels des pays suivants : Colombie, Equateur, Pérou, Bolivie, Chili.

- La tomate était déjà domestiquée avant d'être importée en Europe ; nous avons pour preuve des gravures d'herbiers anciens représentant des plants de tomate avec de gros fruits alors que toutes les espèces sauvages produisent des petits fruits dont le poids moyen est de l'ordre de 3 grammes.

- Son ancêtre le plus vraisemblable, la tomate cerise sauvage (L. esculentum, variété cerasiforme) pousse à l'état endémique dans toute l'Amérique tropicale et subtropicale. Miller et Tanksley ont démontré en 1990 grâce à une étude systématique basée sur l'ADN génomique et faisant intervenir 40 sondes RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) monocopies que des cultivars de tomate et des accessions de L. esculentum variété cerasiforme étaient regroupés. Cette étude confirmant deux dichotomies principales correspondant pour l'une au type de pollinisation (auto-compatible ou auto-incompatible) et pour l'autre à la couleur du fruit.

L'époque, les lieux et autres aspects de sa domestication sont moins certains. Cependant grâce aux données fournies par de nombreuses disciplines, il est quasiment certain que sa région de domestication soit le Mexique et non la région andine. Ainsi Inca Garcilaso de la Vega dans ses "Commentaires royaux sur le Pérou des Incas" (rédigé à la fin du XVI^ème siècle) ne fait pas référence à la tomate alors qu'il décrit abondamment la pomme de terre et le piment ainsi que d'autres légumes d'origine subtropicale (Garcilaso de la Vega, édité en 1982). De plus on n'a trouvé aucun fragment ou aucune représentation graphique de plante de tomate dans les vestiges archéologiques de la région sous influence inca alors qu'on a trouvé des fragments de plantes indigènes cultivées alors. De même la plante n'a pas de nom indigène aussi bien en quechua qu'en aymara, les deux langues utilisées par la culture inca. Par contre elle est connue dans le langage nahua du Mexique en tant que "tomatl" qui est sans aucun doute à l'origine de son nom actuel. Enfin la première mention de la tomate en Europe est attribuée à Pier Andrea Mattioli, herboriste italien, dans une publication de 1554. La prise de Mexico datant de 1519 et la fondation de Lima de 1532, il semble plus probable que les premiers cultivars ramenés du Nouveau Monde proviennent du Mexique car le temps nécessaire pour introduire et vulgariser un tant soit peu les pratiques culturales et l'utilisation culinaire propres à l'espèce plaident en faveur de son origine mexicaine.

Après son introduction en Europe, pendant de longues décennies la tomate est mal acceptée car on sait déjà qu'elle est apparentée aux espèces de la famille des Solanacées comme la belladone et la mandragore, connues pour leur forte teneur en alcaloïdes. Cependant ce mauvais a priori s'estompera peu à peu, quand on se rendra compte que l'alcaloïde propre à la tomate, la tomatine, se dégrade en des composés inertes au cours de la maturation du fruit.

1.1.2 Description

Le port de la plante et la forme des fruits peuvent être très différents d'un cultivar à l'autre, de plus ils peuvent être très fortement influencés par les conditions de milieu et la conduite culturale.

1.1.2.1 L'appareil végétatif

Le système racinaire est puissant, pouvant atteindre une profondeur de trois mètres dans les sols alluviaux profonds (Rick 1978).

Le plant est constitué par un axe principal issu de la graine ; cet axe présente une croissance monopodiale. Il est formé par une succession d'entre-nœuds séparés par des nœuds (Jebari-Bennani 1986). Le port est buissonnant (plus ou moins suivant qu'il s'agit d'un génotype à croissance déterminée ou indéterminée) mais peut être rendu linéaire par l'ébourgeonnage et le tuteurage.

Les feuilles sont composées, alternes, odorantes et salissantes.

1.1.2.2 L'appareil reproducteur

Les fleurs sont généralement pentamères à pétales soudés et hermaphrodites, leur structure rend difficile l'allogamie. Elles sont regroupées en inflorescences ou bouquets d'une dizaine d'unités (ce chiffre est très variable, les inflorescences de certains génotypes pouvant présenter jusqu'à 100 fleurs). Suivant le type de croissance, elles alternent très régulièrement avec le nombre de feuilles : chaque bouquet étant séparé par trois feuilles et la plante présentant un nombre infini d'inflorescences dans le cas de la croissance indéterminée (Jebari-Bennani 1986) ou plus irrégulièrement dans le cas de la croissance déterminée. Dans ce cas, le nombre de feuilles entre bouquets diminue jusqu'à ce que la tige se termine par une inflorescence (Rick 1978).

Les fruits sont des baies charnues à plusieurs loges. Chaque loge est remplie d'un gel dans lequel sont positionnées les graines qui sont attachées à un placenta positionné au centre du fruit. Quatre phases caractérisent le développement du fruit :

- le développement de l'ovaire activé par la fécondation ;

- les divisions cellulaires qui s'étendent sur une période de 5 à 10 jours, l'activité mitotique étant principalement active dans le péricarpe. A la fin de cette phase, commencent les divisions cellulaires dans les embryons ;

- l'expansion cellulaire, active jusqu'à ce que le fruit atteigne sa taille finale. A ce stade, la force de puits du fruit est exercée par les cellules en expansion. Pour la plupart des espèces, l'expansion cellulaire est un paramètre primordial de la taille finale du fruit ; chez la tomate, le volume des cellules dans le placenta, les loges et le mésocarpe peut augmenter d'un facteur 10 entre le début et la fin de l'expansion cellulaire ;

- le mûrissement qui est activé par l'induction de l'hormone éthylène; durant cette phase, le fruit subit des changements biochimiques et physiologiques qui incluent le ramollissement, le changement de couleur et le radoucissement associé avec une diminution de l'acidité et une augmentation de la teneur en composés aromatiques (Gillaspy et al. 1993).

Après la fécondation, 36 à 60 jours sont nécessaires, suivant les génotypes, pour que le fruit atteigne la maturité. La taille finale du fruit est proportionnelle au nombre de cellules dans l'ovaire avant fécondation, au nombre d'ovules fécondés, au nombre défini de divisions cellulaires qui ont lieu dans le jeune ovaire après fécondation et à l'importance de l'expansion cellulaire. Une corrélation positive a été notée entre la taille de l'ovaire à l'anthèse et la taille du fruit à maturité (Houghtaling, 1935, cité par Grandillo, 1999).

Les fruits de tomate peuvent présenter des formes très diverses (plus ou moins aplatis, ronds, cordiformes, piriformes, …) mais les cultivars modernes européens ou nord-américains sont soit de forme approchant l'arrondi (marché de frais) soit plus ou moins allongés (marché d'industrie).

1.2 La qualité organoleptique

1.2.1 Généralités

L'amélioration de la qualité des produits végétaux est depuis longtemps un des objectifs des sélectionneurs. Cependant la qualité organoleptique qui n'était que peu ou pas prise en compte devient une préoccupation essentielle et ce pour différentes raisons :

- La conséquence d'une concurrence toujours plus grande entre zones de production, groupements de producteurs, … qui exacerbe la nécessité pour les producteurs de présenter des produits apparemment irréprochables (Hervé 1997).

- La sensibilité accrue des consommateurs vis à vis de ce paramètre.

- Une certaine banalisation du produit désormais disponible toute l’année qui rend les consommateurs de plus en plus exigeants dans la mesure où la plupart des autres problèmes liés à la qualité sont résolus.

1.2.2 Définitions

Au niveau global, la notion de qualité bien que complexe, peut être cernée de la manière suivante : "ensemble des propriétés et caractéristiques d'un produit qui lui confère l'aptitude à satisfaire des besoins exprimés ou implicites" (AFNOR 1984).

Si cette définition est appliquée aux produits végétaux, on peut dégager deux conceptions globales de la qualité en fonction des destinataires directs des produits :

- Si le consommateur est le client direct de la production (comme c'est le cas pour les fruits et légumes consommés en frais), l'exigence de qualité est souvent :

- mal exprimée ;

- subjective (on fait souvent référence au "goût d'autrefois" sans savoir bien le définir) ; cette assertion associant les variétés anciennes avec une meilleure qualité organoleptique a été contredite par une étude menée en 1999 et 2000 (Causse et al. 2001a) ;

- variable dans le temps ;

- variable dans l'espace (selon les marchés) : ainsi pour la tomate, les consommateurs originaires des pays méditerranéens préfèrent, pour des raisons traditionnelles, les variétés à collet vert autour du pédoncule alors que les consommateurs plus septentrionaux sont habitués aux types sans collet vert.

On obtient ainsi une conception floue de la qualité à partir de laquelle il peut être parfois difficile de définir des objectifs d'amélioration. Qualité est alors plutôt synonyme de diversité.

- Si l'industrie de transformation est le premier client du produit, la notion de qualité est :

- plus précise,

- structurée,

- quantifiable,

- parfois trop ciblée : la première qualité du produit devenant parfois son adaptation à la transformation.

On a ainsi une conception plus "cartésienne" de la qualité pouvant se traduire par un "cahier des charges".

1.2.3 Différents aspects de la qualité

La qualité présente deux aspects principaux :

1.2.3.1 La qualité alimentaire qui peut être subdivisée en trois paramètres :

- La qualité nutritionnelle définie comme l'aptitude à bien nourrir ; elle est liée à la composition chimique du produit.

- La qualité organoleptique qui est la plus subjective car elle varie en fonction du moment et des individus.

- Un consommateur utilisant tous ses sens pour évaluer la qualité (vue, odorat, goût principalement mais aussi toucher et ouïe), on peut définir les qualités organoleptiques d'un élément comme l'ensemble des sensations perçues par les cinq sens.

- Tout produit alimentaire contient des composés volatils et d'autres non volatils. Le goût ou saveur est le résultat des quatre impressions principales : salé, sucré, acide et amer résultant de l'interaction entre les composés non volatils et les récepteurs de la langue.

- Parmi les caractéristiques organoleptiques d'un aliment, l'odeur et l'arôme jouent un rôle prédominant. Ils correspondent à l'interaction des composés odorants volatils avec les récepteurs olfactifs. Quand on sent un produit, les molécules suivent la voie nasale directe et l'on parle alors d'odeur. Si l'aliment est en bouche, les substances volatiles atteignent les récepteurs olfactifs par la voie rétronasale et on parle d'arôme. Bien que les sens mis en œuvre (odorat et goût) soient différents, la proximité des organes intervenant pour l'utilisation de ces sens et leur connexion à travers le pharynx rendent la séparation des perceptions du goût et de l'arôme difficile. On utilise alors le terme de "flaveur" pour désigner l'ensemble des deux.

- La texture correspond aux forces et aux sensations, autres que la flaveur, senties dans la bouche quand on mastique un aliment.

Globalement, on peut définir la qualité organoleptique comme l'ensemble des critères reliés à l'apparence, la flaveur et la texture du produit.

- La qualité sanitaire qui implique l’absence d’éléments étrangers toxiques (parasites, résidus de produits phytosanitaires).

1.2.3.2 La qualité d'usage et de service qui peut être subdivisée également en trois paramètres :

- L'aptitude à la transformation.

- L'aptitude à la conservation.

- La commodité d'emploi.

Pour les produits alimentaires d'origine agricole ayant subi une transformation industrielle, la qualité peut être souvent définie par la "règle des 4S": Sécurité, Satisfaction, Santé, Service (Hervé 1997).

1.2.4 Facteurs de détermination de la qualité des produits végétaux

La qualité finale d'un produit dépend de nombreux paramètres :

- le génotype du cultivar,

- les facteurs environnementaux (sol, climat),

- les techniques culturales (alimentation en eau et en éléments nutritifs, protection phytosanitaire),

- la récolte (stade et modalités),

- les conditions de stockage et de distribution (température de conditionnement en particulier),

- les techniques de transformation si le produit est transformé.

1.2.5 Historique de l'amélioration pour la qualité des fruits de tomate pour la consommation en frais

La qualité des fruits est un paramètre important pour les sélectionneurs depuis quelques décennies, cependant la signification du terme "qualité" a considérablement évolué.

Les principales composantes de la qualité du fruit sont les suivantes (classées par ordre d'ancienneté en tant qu'objectif de sélection) :

- la forme du fruit, son calibre, son homogénéité et l'absence de défauts,

- la couleur externe,

- la fermeté,

- la durée de conservation,

- l'aspect interne (couleur, texture),

- la qualité organoleptique,

- les qualités nutritionnelles.

On peut considérer, à ce jour, que les quatre premières composantes ont atteint un niveau satisfaisant pour la quasi-totalité des cultivars récents. Par contre les trois dernières représentent des objectifs prioritaires.

1.2.5.1 La forme du fruit, son calibre, son homogénéité et l'absence de défauts

Le début de la sélection pour ces paramètres en France date des années cinquante. On est assez rapidement arrivé à cumuler dans les mêmes types variétaux la précocité des types Marmande avec la régularité de forme et de calibre de la variété Saint Pierre en sélectionnant des types avec un nombre de loges intermédiaires (4-5 loges), une grosseur moyenne du fruit étant le garant d'une tendance à une forme et un calibre plus réguliers et à l'élimination d'un défaut récurrent chez les Marmande : la sensibilité à l'éclatement.

1.2.5.2 La couleur externe

La couleur du fruit dépend de la teneur en caroténoïdes totaux en particulier du lycopène et du carotène. Plusieurs mutations monogéniques agissent sur ces teneurs donc sur la couleur externe et interne du fruit, les plus intéressantes sont : hp (high pigment qui occasionne une teneur accrue en lycopène et donc une couleur rouge plus intense), hp-2 (high pigment-2 qui entraîne une augmentation du nombre de plastes et de leur capacité à synthétiser et stocker les caroténoïdes, responsable d'une couleur rouge plus intense du fruit), og^c (old gold crimson qui induit une absence de β-carotène et augmente aussi la teneur en lycopène), B (high beta qui, au contraire, augmente la teneur en β-carotène jusqu'à 50% d'où une couleur orange du fruit mûr) et Del (Delta augmente la teneur en δ-carotène ce qui induit aussi une couleur orange du fruit mûr), r (yellow flesh) qui bloque la catalyse des premiers cycles de la synthèse des caroténoïdes et induit une couleur jaune du fruit. Ces mutations ont permis d'élucider la voie de synthèse des caroténoïdes mais sont peu utilisées en sélection.

Globalement, il a été fait de gros progrès pour l'obtention de fruits avec une couleur externe rouge intense souvent associée à un épiderme brillant. Les fruits des cultivars modernes sont dépourvus de défauts d'homogénéité de coloration occasionnés par des taches plus ou moins sombres (communément appelés blotchy ripening).

Comme nous l'avons déjà mentionné au § 1.2.2, la préférence pour des types "uniform colour" (sans collet vert) s'est peu à peu généralisée, excepté pour les marchés méditerranéens traditionnels. Ce caractère étant conféré par un seul gène, u, il a été relativement facile de l'introduire dans la grande majorité des cultivars modernes.

1.2.5.3 La fermeté du fruit

Les sélectionneurs de tomate ont intégré la fermeté du fruit comme objectif à leurs programmes de sélection. Ils ont réussi à améliorer la fermeté d'un fruit qui naturellement est plutôt mou. Ils y ont d'ailleurs tellement bien réussi qu'on reproche parfois aux variétés apparues depuis ces dix dernières années d'être trop fermes!

La fermeté est un caractère à déterminisme polygénique qui a été sélectionné de manière classique (sélection généalogique). La plus grande partie du travail a été réalisée aux Etats-Unis ainsi qu'en Bulgarie. C'est L. pimpinellifolium (espèce présentant de petits fruits rouges de 2 à 3 g.) qui a servi de géniteur pour ce caractère, les premiers croisements datant des années 1940. Les premières variétés ayant atteint un niveau de fermeté vraiment satisfaisants sont : Flora Dade et Florida MH1 pour le marché de frais et UC 82 pour l'industrie, ces trois cultivars originaires des Etats-Unis ont été très cultivés dans le monde entier durant les années 1980. En France, les travaux menés par l'INRA ont abouti au milieu des années 1980 à la mise sur le marché des hybrides F1 Ferline, puis Fernova, pour le type à croissance indéterminée et Valina pour la culture non tuteurée (génotype à croissance déterminée).

1.2.5.4 La durée de conservation

Trois approches différentes peuvent être associées pour améliorer la durée de conservation :

- L'amélioration pour la fermeté des fruits : il a été démontré que les variétés les plus fermes se conservent plus longtemps (Philouze 1995).

- L'utilisation de gènes qui inhibent la maturation à l'état homozygote mais la ralentissent seulement à l'état hétérozygote : il existe plusieurs gènes ayant une action sur la maturité des fruits, les deux principaux sont : rin (ripening inhibitor) et nor (non ripening). Ces gènes bloquent le phénomène appelé "crise climactérique" correspondant, pour les fruits à maturation climactérique comme la tomate, au déroulement normal des phénomènes de maturation liés à un pic de respiration et à la synthèse endogène d'éthylène. Les génotypes homozygotes pour ces gènes rin ou nor ne rougissent pas et ne ramollissent pas après récolte, ils peuvent donc se conserver plusieurs mois. En création variétale, ces mutations sont utilisées à l'état hétérozygote car elles sont incomplètement récessives et de ce fait ralentissent la maturation sans l’inhiber totalement. Par contre ces génotypes hétérozygotes sont moins bien colorés. Deux variétés hybrides F1 d'origine israélienne possédant une structure hétérozygote pour le gène rin ont eu un gros succès commercial au cours de la dernière décennie, il s'agit de Daniela et de Roncardo, deux exemples de variétés "long life". Malgré leur succès, ces variétés ont participé à un certain phénomène de dépréciation de la part du consommateur vis à vis des variétés modernes du fait de l'influence négative du gène rin sur les saveurs et la texture du fruit (Causse et al. 2001a).

- La modification du processus de maturation par génie génétique (constructions antisens) : deux voies principales (correspondant à deux cibles : l'enzyme polygalacturonase et la voie de synthèse de l’éthylène) ont été explorées par plusieurs équipes de recherche (pour revue, Alexander et Grierson 2002). Dans chaque cas, la maturation reste climactérique mais elle est fortement ralentie.

1.2.5.5 L'aspect interne (couleur, texture)

Ce paramètre de la qualité reste actuellement un problème pour les sélectionneurs qui ont quelques difficultés à allier une présentation externe attractive avec un aspect interne de bon niveau. Ainsi les variétés proposées actuellement au consommateur présentent souvent des zones blanchâtres au niveau du mésocarpe ou encore des fibres dures et claires à l'intérieur du péricarpe. Il semble donc évident qu'un aspect externe irréprochable n'est pas le garant d'une bonne coloration interne ni d'une texture homogène. Ces défauts s’ils ont une base génétique, sont exacerbés par certaines conditions de milieu comme les fortes températures ou les faibles hygrométries.

1.2.5.6 La qualité organoleptique

Comme nous l'avons déjà énoncé dans l'introduction, la qualité organoleptique est devenue un paramètre important de la qualité globale de la tomate surtout depuis l'avènement des variétés dites "long life". Une enquête réalisée par le CTIFL (Centre Technique Interprofessionnel des Fruits et Légumes) à la fin de 1998 a mis en évidence que la majorité des consommateurs de tomate "moyennement, peu ou pas satisfaits" critiquaient le "manque de parfum en bouche" (Gry 2000).

L'INRA a développé plusieurs projets de recherche avec différents partenaires (interprofession, sélectionneurs privés, …) depuis une dizaine d'années dans le but de tenter d'améliorer les paramètres liés à la qualité organoleptique.

1.2.5.7 La qualité nutritionnelle

Les deux principaux composés contribuant à la qualité nutritionnelle de la tomate sont le lycopène (pigment rouge au pouvoir antioxydant) et la vitamine C.

Des programmes sont conduits dans certains pays pour améliorer la teneur en vitamines des fruits. En France, la teneur en vitamine C est un paramètre qui est de plus en plus souvent pris en considération (Philouze 1997).

1.2.6 Difficultés d'évaluation de la qualité

L'amélioration de la qualité est, la plupart du temps, relativement difficile ou complexe car les critères à prendre en compte sont nombreux et souvent évolutifs. Il s'agit majoritairement de caractères à déterminisme quantitatif et à héritabilité souvent faible. De plus les mesures de qualité sont souvent indirectes et il peut donc y avoir un défaut de corrélation entre les mesures effectuées sur des constituants du produit et sa qualité finale.

Ces difficultés d'évaluation et donc d'amélioration de la qualité des produits végétaux ont entraîné l'utilisation de plus en plus généralisée dans les programmes d'amélioration de la qualité de techniques d'analyse de plus en plus performantes (chromatographie, résonance magnétique, analyses sensorielles) et l'adaptation des méthodologies de sélection avec l'utilisation de différentes stratégies comme la méthode appelée « Advanced Back-Cross QTL Analysis » ou AB QTL (Tanksley et Nelson 1996) ou la sélection assistée par marqueurs (Hospital et Charcosset 1997).

1.2.7 Outils de mesure et d'évaluation de la qualité organoleptique

1.2.7.1 Mesures destructives

Deux catégories de méthodes destructives existent : les évaluations sensorielles et les mesures instrumentales, qu'elles soient chimiques ou physiques.

Evaluations sensorielles

Les évaluations sensorielles peuvent être de deux types : hédoniste ou analytique. Dans le premier cas, elles cherchent à caractériser le plaisir ressenti par le dégustateur, il s'agit de tests de préférence réalisés par des consommateurs non entraînés. Or, on sait que les préférences alimentaires dépendent du produit dégusté mais aussi de conditions intrinsèques au consommateur (Touraille et al. 1993), ce qui entraîne un intérêt limité de cette méthode si ce n'est pour connaître les préférences et les relier aux profils. Par contre, l'analyse sensorielle est une technique scientifique rigoureuse, elle a prouvé son efficacité dans différentes études concernant la qualité organoleptique de la tomate (Causse et al. 2001b). Elle décrit objectivement les caractéristiques du produit par des descripteurs sans décrire les préférences personnelles. Grâce à cette technique, l'intensité de l'arôme fruité a été trouvée prépondérante pour la flaveur de la tomate (Bucheli et al. 1999). Il existe différents types d'analyse sensorielle. Les profils descriptifs sont ceux qui apportent le plus d'information. Ils consistent à établir un profil sensoriel spécifique à chaque produit dégusté au moyen des réponses fournies à un questionnaire par des jurys entraînés. La limite de la technique consiste à la variabilité qui existe souvent entre les dégustateurs ce qui oblige à utiliser des dispositifs avec plusieurs répétitions. Cette démarche ne peut donc être utilisée que pour un nombre limité d'échantillons et n'est pas transposable en sélection.

Mesures instrumentales

On ne dispose pas toujours des moyens humains suffisants (par ailleurs limités au niveau des capacités sensorielles) pour évaluer de nombreux génotypes sur l'ensemble des paramètres intervenant sur la qualité organoleptique. Il est donc nécessaire et fiable pour la majorité des paramètres de pouvoir automatiser ces évaluations par l'utilisation de techniques instrumentales qui permettront de lier la perception sensorielle à la composition des fruits.

Teneur en composés chimiques

- Les sucres : Trois méthodes sont disponibles pour mesurer leur teneur : (i) l'indice de réfraction (IR), il s'agit d'une méthode d'évaluation relativement grossière car, en fait, elle mesure la teneur en solides solubles qui n'est pas toujours corrélée de manière parfaite avec la teneur en sucre, (ii) le dosage colorimétrique des sucres réducteurs (fructose et glucose qui représentent environ 95% de la teneur en sucres totaux des fruits de L. esculentum), (iii) la chromatographie de haute performance en phase liquide (HPLC).

- Acides et pH : Différents types d'acidité sont mesurables. Le pH est une mesure de la concentration des ions H⁺ libres en solution à l'aide d'un pH-mètre, il correspond partiellement à l'acidité titrable ou acidité totale libre et ne renseigne pas réellement sur la quantité d'acides totaux. Cette dernière est très dépendante de la teneur en acides majoritaires (citrique et malique). L'acidité totale provient de la mesure de chacun des acides séparément par HPLC, elle est donc supérieure à l'acidité titrable.

caracteres physiques

- Fermeté et élasticité : Diverses méthodes permettant d'évaluer la fermeté des fruits existent. L'utilisation du pénétromètre appareil mis au point à la station de technologie des produits végétaux de l'INRA d'Avignon par Duprat et al en 1986 est remarquable car elle produit des données fiables et mesure l'élasticité : le fruit est déformé de manière paramétrée en fonction de son calibre et la force nécessaire à cette déformation est mesurée (Fils-Lycaon et Buret 1990).

1.2.7.2 Mesures non destructives

Ces méthodes présentent de nombreux avantages tels que la possibilité de tester l'ensemble des fruits et la possibilité de les commercialiser après évaluation. Une étude exhaustive en a déjà été faite (Abbott et al. 1997). Chez la tomate, seules deux d'entre elles sont automatisées : les mesures de la couleur et de la fermeté du fruit.

Mesure de la couleur

Les caractéristiques de la réaction d'un objet quand il est exposé à la lumière ont été exploitées pour mesurer sa couleur. Afin que la couleur soit exprimée de manière objective, certains appareils peuvent convertir les couleurs situées dans la plage de perception humaine en un code numérique. Dans le cas de la tomate, c'est le système L a b qui est le plus utilisé car il permet de discerner les petites différences de couleur. Trois paramètres permettent de décrire la couleur : la teinte, la saturation et la clarté. Le rapport a/b correspond à la teinte, il est souvent utilisé comme critère de qualité. La valeur L mesure la clarté ou la luminosité du fruit. L'utilisation du chromamètre est également intéressante pour l'évaluation de la teneur en pigments car il a été démontré (Arias et al. 2000) que la corrélation entre les mesures effectuées avec un chromamètre Minolta et la teneur en lycopène était bonne. Cette observation a été précisée plus récemment (Saliba-Colombani et al. 2001) : c'est le paramètre a qui est logiquement le mieux corrélé à la teneur en ce pigment.

Mesure de la fermeté du fruit

Un appareil appelé Durofel peut mesurer la fermeté de manière non destructive. Cet appareil est muni d'un petit embout qui s'enfonce quand on le presse contre l'objet à mesurer. La résistance du fruit au déplacement de l'embout détermine sa fermeté. C'est cet appareil qui est utilisé principalement dans nos études.

Des travaux ont montré qu'aucune substitution totale des analyses sensorielles par des méthodes physico-chimiques ne peut être envisagée et ceci tout particulièrement pour les arômes et la texture. Toutes les mesures effectuées sont non seulement complémentaires mais encore insuffisantes pour déterminer les qualités physiques, biochimiques et organoleptiques. D'importantes interactions sont observées entre saveurs, arômes et textures dans la perception sensorielle et, de ce fait dans la préférence des consommateurs (Causse et al. 2001a).

1.2.8 Composantes de la qualité

La qualité organoleptique peut être décomposée en deux classes : les composantes chimiques et les composantes physiques.

1.2.8.1 Composantes chimiques

La flaveur de la tomate est le résultat de l'effet cumulé des différents composés volatils et non volatils.

Le fruit est constitué d'eau et de matière sèche (MS). Le pourcentage de la MS dans le fruit mûr est d'environ 5 à 6% pour les cultivars destinés au marché de frais, la MS étant constituée pour moitié de sucres, pour un quart d'acides organiques, de lipides et de minéraux, le quart restant étant formé essentiellement de la MS insoluble (protéines, pectine, cellulose et hémicellulose), (Davies et Hobson 1981).

La teneur en MS totale dépend des quantités relatives d'eau et d'assimilats importés par le fruit pendant sa croissance, 90% de la MS totale provenant de l'importation depuis les feuilles. La principale forme d'importation d'assimilats est le saccharose.

Nous décrivons ci-dessous les différents composés chimiques ayant un effet sur la qualité organoleptique de la tomate.

Sucres

A maturité, le contenu total en sucres d'un fruit de tomate est d'environ 50% de la MS, taux évidemment variable en fonction du génotype et des conditions de milieu. Ces sucres correspondent essentiellement aux sucres réducteurs : fructose et glucose répartis dans des concentrations presque équimolaires (Davies et Hobson 1981). La teneur en saccharose dépasse rarement 2% de la MS chez L. esculentum. Par contre, chez certaines espèces sauvages à fruits verts (L. chmielewskii, L. hirsutum), le saccharose est le sucre dominant.

Les sucres sont des composés majeurs du goût. Le fructose a un pouvoir sucrant plus important et contribue beaucoup au goût sucré de la tomate.

L'augmentation de la teneur en sucres dans le fruit lors de la maturation est due à l'importation de saccharose via la photosynthèse et de l'hydrolyse des réserves d'amidon du fruit. Le sucre est transporté des feuilles aux fruits sous forme de saccharose par voie symplastique (via les plasmodesmes) et/ou par voie apoplastique (via les parois cellulaires). Dans le premier cas, il est hydrolysé en hexoses (UDP-glucose et fructose) par la saccharose synthase dans le cytosol et dans le deuxième par l'invertase des parois cellulaires avant de pénétrer dans les cellules.

Le rôle physiologique majeur de la saccharose synthase est de cliver le saccharose donnant ainsi de l'UDP-Glucose pour la synthèse de la cellulose et des hémicelluloses (Wang et al. 1994). L'activité de cette enzyme est étroitement liée à la croissance du fruit et à l'accumulation d'amidon, elle contribuerait donc au développement du fruit par le biais de la régulation de l'importation du carbone dans le fruit.

L'invertase acide hydrolyse le saccharose en hexoses ce qui induit un rôle prépondérant de sa part dans les apports énergétiques de la plante. Les invertases acides sont divisées en deux groupes : les formes vacuolaires ou solubles et les formes extracellullaires ou transmembranaires localisées dans les tissus en croissance rapide. Chez la tomate, l'activité de l'invertase acide est présente au cours du développement du fruit, les hexoses stockés dans la vacuole étant les premiers stocks d'hydrate de carbone (Klann et al. 1993).

Acides organiques

Les acides organiques, en majorité citrique et malique, forment plus de 10% de la MS des tomates ; ce sont des composés importants dans la détermination de la flaveur puisqu'ils sont responsables de la saveur acide du fruit. L'acide malique a une saveur acide plus intense que l'acide citrique, cependant son influence sur la saveur acide chez la tomate est plus faible, car il est en concentration moindre à maturité. En moyenne l'acide citrique est responsable pour 60% de la saveur acide de la tomate. L'acidité du fruit est maximale au stade tournant, puis diminue progressivement au cours de la maturation. Les acides sont vraisemblablement synthétisés in situ dans le fruit à partir du stock de sucres disponible.

Acides aminés libres

En moyenne, ils représentent environ 2% de la MS. Leur concentration est cependant très variable en fonction des génotypes, des conditions de milieu et des méthodes d'analyse. L'acide glutamique est le plus présent de ces acides aminés libres (Kader et al. 1978). Durant la maturation, une augmentation très rapide de sa concentration a été observée.

Les acides aminés, notamment le glutamate, peuvent avoir un effet d'exhausteur de goût.

Minéraux

Les minéraux constituent en moyenne 8% de la MS du fruit de tomate, leur effet est surtout important sur le pH et l'acidité titrable. Le potassium forme environ 80% des cations et le phosphate la moitié des anions. Durant le développement et la maturation des fruits, la quantité de minéraux augmente, mais la concentration par rapport à la MS reste inchangée. Les sels (composés de minéraux) jouent un rôle important dans la flaveur et peuvent intensifier la saveur sucrée (de Bruyn et al. 1971).

Vitamines

Les plus présentes dans le fruit sont les vitamines C et A. Le β-carotène est le principal précurseur de la vitamine A. En plus de son importance nutritionnelle, il joue un rôle important dans la qualité organoleptique en tant que précurseur d'arômes. La vitamine C pourrait également jouer un rôle dans le transport trans-membranaire (Wheeler et al. 1998) et en tant qu’anti-oxydant, protecteur pour la plante.

Composés aromatiques

Chaque fruit est caractérisé par un profil aromatique qui lui est spécifique et qui est responsable de sa flaveur typique (Salunkhe et Do, 1976, cité par Saliba-Colombani, 2000). Les concentrations en composés volatils du fruit de la tomate sont influencés par le génotype, les conditions de milieu, le stade de récolte et le traitement post-récolte. Plus de 400 composés aromatiques ont été identifiés chez la tomate (Petro-Turza 1987). Les composés responsables des arômes regroupent des molécules douées d'une certaine volatilité et présentes, pour la plupart, à l'état de trace (mg/kg ou µg/kg de matière fraîche). Ces composés sont donc souvent très réactifs, sensibles à la chaleur et appartiennent à des familles chimiques extrêmement diverses : alcools, aldéhydes, esters, cétones, terpénols, …. La description des arômes est détaillée par Petro-Turza (1987). Les principaux composés participant à la flaveur caractéristique de la tomate (note fraîche, verte) sont les suivants : le cis-3-hexène-al [ou (Z)-3-hexenal], l'hexanal et le 1-octène-3-one (Krumbein et Auerswald 1998).

Pour Petro-Turza (1987), la flaveur de la tomate est due pour l'essentiel aux composés suivants : les sucres réducteurs (fructose et glucose), les acides libres (principalement l'acide citrique), leur ratio, ainsi que des substances volatiles (pas encore toutes identifiées) et leurs interactions. Parmi les minéraux, le potassium et le phosphate peuvent affecter indirectement le goût. Par contre l'effet des acide aminés libres n'est pas encore prouvé de manière irréfutable.

Par contre, les arômes caractéristiques du fruit de la tomate dériveraient de la dégradation à maturité des acides gras, de certains acides aminés, de composés phénoliques, des vitamines et des caroténoïdes.

1.2.8.2 Composantes physiques

Apparence externe du fruit

Elle a une importance capitale sur les tris qui sont faits par les agriculteurs et les intermédiaires placés en amont des consommateurs ; elle peut également influencer grandement le choix du consommateur. Tous les participants de la filière seront particulièrement attentifs à la forme, l'absence de défauts externes, la couleur et son brillant ainsi qu'à la taille des cicatrices des attaches pédonculaires et pistillaires.

Parmi ces paramètres, le consommateur sera particulièrement attentif à la couleur qui indique de manière directe les niveaux de maturité et de fraîcheur du fruit. La couleur de la tomate est la résultante de l'association des couleurs de l'épiderme et de la chair. Ainsi pour une chair normalement colorée, on pourra avoir une apparence du fruit soit rose (si l'épiderme est incolore), soit rouge (si l'épiderme est rouge orangé).

Texture

Elle résulte principalement de caractéristiques perçues en bouche liées à la chair, à la présence du gel contenu dans les loges du fruit et à l'épaisseur ou à l'élasticité de la peau. Le contenu des cellules joue un rôle important dans sa perception, par exemple la présence de grains d'amidon non hydrolysés dans les cellules peut engendrer une perception de texture farineuse.

Il s'agit d'un paramètre dont l'étude est difficile en raison de la diversité des critères nécessaires pour son évaluation globale et de leur évolution au cours de la maturation (Harker et al. 1997, Causse et al. 2001a).

La texture d'un fruit au stade de sa consommation est déterminée par des facteurs génétiques et par les processus biochimiques et physiologiques qui ont lieu dans les tissus durant le développement et la maturation du fruit.

Leur signification peut varier suivant l'espèce étudiée et les utilisateurs.

Texture et flaveur sont les deux critères d'appréciation les plus importants pour le consommateur (Gry 2000). Quand la texture atteint un niveau trop faible, la flaveur ne suffit plus, à elle seule, à compenser l'appréciation globalement défavorable d'un fruit (Szczesniak et Kahn, 1971, cité par Saliba-Colombani, 2000). Par contre dans une autre étude faisant intervenir l'analyse sensorielle, un niveau aromatique élevé permettait de contrebalancer au moins partiellement une texture farineuse (Causse et al. 2001a).

1.2.9 Facteurs (autres que génétiques) intervenant dans la variation de la qualité organoleptique de la tomate

1.2.9.1 Influence de l'environnement

Mode de culture

Des modes de culture très divers sont utilisés pour la production de tomate suivant les lieux et les époques de production dans l'année. Actuellement en France, deux modes de cultures principaux sont utilisés : d'une part la serre verre chauffée avec différentes possibilités de substrat (laine de roche, pouzzolane, tourbe, culture hydroponique, …), pour ce type d'itinéraire cultural, on rencontre essentiellement des cultures de longue durée qui sont mises en place principalement en automne et dont les récoltes sont poursuivies jusqu'en été ; et d'autre part les "abris froids" correspondant à des tunnels plastique dont la température est maintenue en "antigel", il s'agit dans ce cas de cultures qui s'étalent sur le printemps et / ou l'été.

Une comparaison de fruits provenant de trois modes de culture distincts a été effectuée : pleine terre, hydroponique et biologique pour leur composition nutritionnelle et leur qualité sensorielle. La saveur et la texture des fruits ne présentaient pas de différence significative. Par contre les aspects externes et internes des fruits issus de la culture traditionnelle étaient mieux perçus et la teneur en vitamine C des fruits récoltés en culture biologique était significativement inférieure (Auclair et al. 1995).

Une autre étude a révélé une plus grande teneur en sucres réducteurs et une acidité totale plus faible des fruits issus de culture hors sol comparés à ceux obtenus par culture en pleine terre (Buret et Duprat 1985).

Un travail déjà cité (Causse et al. 2001a), mené d'une part en serre hors sol de printemps (substrat utilisé : tourbe) et d'autre part en pleine terre en été sur deux années consécutives a mis en évidence la difficulté de trouver des différences significatives pour l'ensemble des caractères impliqués dans la qualité organoleptique. Il en ressort cependant que pour une des deux années, les conditions de culture en plein champ entraînent une meilleure appréciation en analyse sensorielle en particulier pour la saveur sucrée et la fermeté ; par contre le caractère farinosité semble exacerbé par ces conditions.

Nutrition minérale

Le potassium contribue au contenu en acides totaux (Davies et Winsor, 1967, cité par Saliba-Colombani, 2000).

Les conditions d'alimentation des plantes (particulièrement l’électroconductivité des solutions nutritives) influencent la teneur en sucres dans les fruits.

Température

La température subie par la plante est un facteur primordial pour la qualité des fruits. Une faible température peut entraîner des défauts de coloration, une augmentation de l'acidité titrable et une teneur diminuée en vitamine C (La Malfa et al, 1995, cité par Saliba-Colombani, 2000).

Des températures diurnes faibles durant la formation du pollen (inférieures à 15°C) ou élevées (supérieures à 35°C) favorisent le déclenchement de la parthénocarpie facultative conférée par le gène pat-2. Ces génotypes ne présentent pas d'irrégularité de forme ou de calibre ni de fruits creux fréquents chez les cultivars normaux (Philouze 1983).

Des températures élevées peuvent raccourcir la durée de croissance du fruit et, de ce fait, diminuer le poids du fruit car ce paramètre est déterminé par les divisions cellulaires et la durée des expansions cellulaires (Ho 1996). Les hautes températures limitent également la synthèse du lycopène.

Lumière

La lumière a un effet primordial sur la concentration en sucres (Davies et Hobson 1981).

Charge en feuilles et en fruits

Un effeuillage excessif peut entraîner une chûte de la concentration en sucres des fruits (Davies et Hobson 1981). La position du fruit sur le bouquet est primordiale pour son poids, un fruit en position terminale étant constitué d'un nombre de cellules moins important qu'un fruit en position initiale sur le même bouquet (Gillaspy et al. 1993).

1.2.9.2 Stade de maturation à la récolte

Il a été prouvé que le stade de récolte était un facteur déterminant pour la teneur en acides (Baldwin et al. 1991), en sucres et en composés aromatiques. Il a également été montré que le stade de récolte était primordial pour obtenir une bonne coloration finale des fruits grâce à l'augmentation de la teneur en pigments durant la maturation (Picha 1986).

Il a été aussi conclu suite à une expérimentation menée sur trois cultivars dont les fruits ont été récoltés à deux stades différents (stades de coloration 3-4 ou 6-7) et qui ont subi des températures de conservation de 4°C ou de 12°C durant 6 jours puis un séjour à 18°C pour leur permettre d'atteindre le stade de consommation, que le facteur "température de conservation" est plus important que le stade de récolte. Ainsi les modalités conservées à 4°C sont moins juteuses et moins fondantes et montrent moins d'arôme et d'odeur. Par contre les lots conservés à 12°C sont perçus de manière voisine par rapport aux témoins récoltés la veille de la dégustation (Causse et al. 2001a).

1.2.9.3 Conditions de conservation

Les conditions de conservation sont primordiales pour le bon maintien du potentiel de qualité. Ainsi les fruits de trois génotypes ont été récoltés à leur optimum de qualité (stade 9-10 de coloration) et conservés à 4°C pendant 6 ou 12 jours. Le lot témoin pour chaque cultivar étudié était récolté au stade 11 la veille de la dégustation. Pour tous les génotypes, le lot témoin se distinguait par des niveaux d'arôme et d'odeur plus élevés et une perception plus sucrée et moins acide. Cet essai a confirmé des défauts souvent cités par les consommateurs tels que des textures fermes et farineuses ou un faible niveau aromatique pour les fruits conservés au froid (Causse et al. 2001a). On savait déjà qu'un séjour prolongé au froid diminuait fortement la concentration moyenne en arômes volatils (Buttery et al. 1987).

On sait par ailleurs, que de mauvaises conditions de conservation favorisent la dégradation de la vitamine C par oxydation (Weichmann 1986).

1.3 Les bases moléculaires de la qualité de la tomate

1.3.1 Caractéristiques du génome

La tomate est une espèce diploïde à 12 paires de chromosomes. La taille du génome est d'environ 950 Méga bases (Mbp)/1C. Cette valeur varie, en fonction des variétés étudiées, entre 900 et 1000 Mbp/1C. Elle varie également à l'intérieur du genre Lycopersicon : d'environ 880 Mbp/1C pour L. cheesmanii à environ 1250 pour L. pennellii, L. peruvianum présentant une valeur moyenne de 1100 (Arumuganathan et Earle 1991). Le nombre moyen de Kilobases (kb) par centiMorgan (cM) a été estimé à 750 par Arumuganathan et Earle, 1991. Le génome de la tomate est considéré comme un petit génome bien qu'étant respectivement 2 et 7 fois plus grand que le génome du riz (Oryza sativa) et celui de l’arabette (Arabidopsis thaliana). Il est par contre 3 fois plus petit que celui du maïs (Zea mays).

Une étude basée sur l'analyse de banques de données d'EST a permis de faire une estimation du nombre de gènes (35.000) et de leur répartition sur l'ensemble du génome (ils sont principalement répartis sur l'euchromatine qui correspond à environ 20% de l'ADN nucléaire, Van der Hoeven et al. 2002).

A la différence de nombreuses autres espèces pour lesquelles les séquences répétées sont largement majoritaires dans le génome, dans le cas de la tomate, ces séquences ne représenteraient qu'environ 13 % (Peterson et al. 1998). De plus, la majorité des gènes chez la tomate sont monolocus ou présents en faible nombre de copies (Bernatzky et Tanksley 1986).

1.3.2 Amélioration génétique

La tomate est devenue une espèce modèle pour les études génétiques pour diverses raisons : la grande variabilité disponible à l'intérieur du genre Lycopersicon, la relative facilité pour croiser l'espèce cultivée avec les espèces sauvages, la facilité pour obtenir des descendances autofécondées qui permettent l'expression rapide des mutations récessives [avec une "ombre au tableau" cependant : l'impossibilité d'obtenir des descendances haploïdes doublées contrairement à d'autres Solanacées comme le piment ou l'aubergine (Chambonnet 1985)], la facilité des hybridations contrôlées et l'absence de régions répétées dans le génome contrairement au piment (Tanksley et al. 1992). De plus, la plante se cultive facilement, on dispose de génotypes à cycle très court (12 semaines du semis au fruit mûr dans les conditions les plus favorables), les fruits contiennent une centaine de graines en moyenne et ces graines ne nécessitent pas de période de dormance. De ce fait, et en raison également de la taille relativement petite de son génome, une carte génétique saturée par marqueurs moléculaires de l'espèce a été établie précocement par rapport à de nombreuses autres espèces d'intérêt (Tanksley et al. 1992). Par ailleurs, plus de 100.000 EST provenant de plus de 20 banques de tissus ou d'organes différents ont été séquençés (T.I.G.R. 2003).

Les plus anciens témoignages de tentatives de sélection datent, en Europe, de la fin du XIX^ème. Siècle. Mais c'est aux Etats-Unis que la sélection s'est d'abord développée (Rick 1978). Actuellement de nombreuses variétés cultivées (des hybrides F1 pour la plupart) sont inscrites sur les différents catalogues chaque année dont une trentaine en moyenne pour le catalogue français. En 1999, 54 nouvelles variétés sont venues s'ajouter sur une liste déjà fort longue (300 variétés environ sont présentes sur le catalogue officiel français). Près de 2000 variétés de tomate sont à la disposition des producteurs européens (Gry 2000).

La production à grande échelle d'hybrides de tomate est facilitée par la taille des fleurs qui peuvent être facilement manipulées pour la castration ou la récolte du pollen. Le coefficient de multiplication (rendement en graines par fruit récolté) est élevé : de 50 à 200 dans la plupart des cas. Les hybrides F1 présentent de nombreux avantages : une plus grande vigueur, une meilleure précocité, un développement rapide de combinaisons de caractères souhaitables et un retour sur investissement assuré pour les sociétés de sélection.

En résumé, on peut dire que la tomate, bien qu'espèce autogame peut être améliorée comme une espèce allogame et cela sans craindre d'effet dépressif plus communément connu sous le nom d'effet d'inbreeding.

Les caractères les plus importants qui aient été introduits au cours de ces longues années d'amélioration sont : la précocité, le rendement, la grosseur du fruit, le gène u (pour uniform colour) qui confère une couleur uniforme du fruit empêchant la rétention inopportune de chlorophylle autour du pédoncule, le gène sp (pour self-pruning) qui entraîne le port déterminé de la plante et de nombreux caractères d'adaptation au milieu, de résistance aux maladies et de qualité du fruit.

La tomate cultivée contient seulement une petite fraction de la variabilité génétique présente dans les espèces sauvages du même genre. Or ces espèces sauvages ont une grande valeur potentielle à cause de la diversité de leur matériel héréditaire en brassage perpétuel pour la plupart d'entre elles puisqu'elles sont préférentiellement allogames.

Depuis maintenant une cinquantaine d'années, ces espèces sont utilisées pour leur caractères d'adaptation au milieu (tolérance au froid : L. hirsutum, tolérance à la salinité : L cheesmanii, tolérance à la sècheresse : L. pennellii, …), pour leurs gènes de résistance aux maladies (virus de la mosaïque du tabac : L. peruvianum, Corynebacter michiganense : L. hirsutum, …), ou leurs apports relatifs à la qualité du fruit (richesse en β carotène : L. cheesmanii, teneur élevée en solides solubles : L. chmielewskii, teneur élevée en sucres réducteurs : L. pennellii …). Actuellement la très grande majorité des variétés de tomate cultivées possède plusieurs gènes qui ont pour origine une ou plusieurs espèces sauvages (Laterrot 1989). La tomate est vraisemblablement l'espèce cultivée chez laquelle les espèces sauvages ont été le plus utilisées dans les programmes de sélection.

1.3.3 Utilisation des marqueurs moléculaires et des cartes génétiques pour l'étude de la qualité de la tomate

1.3.3.1 Généralités

Les marqueurs sont des "étiquettes" cartographiées sur un génome qui permettent de suivre la variation génétique. Ils peuvent être morphologiques ou moléculaires. Un bon marqueur génétique doit présenter les qualités suivantes : codominant, multiallélique, neutre, non épistatique et insensible au milieu. Les marqueurs moléculaires ont peu à peu et en grande partie suppléé les marqueurs morphologiques. Les origines de polymorphisme révélées par les marqueurs de l'ADN peuvent être de trois types : variation de séquence, insertion-délétion, différences dans le nombre d'unités de répétitions dans les régions répétées (de Vienne 1998).

Une carte génétique est constituée d'un ensemble de marqueurs génétiques placés le long des chromosomes en fonction de leurs liaisons génétiques. On peut déclarer deux locus liés par deux méthodes : le test du Chi-2 ou la méthode du "LOD score" (logarithm of the odds ratio ou logarithme du rapport des vraisemblances). La valeur du LOD score est égale au logarithme du rapport des vraisemblances entre l'hypothèse de liaison avec un taux de recombinaison r et l'hypothèse de non-liaison avec r = 0.5 (r représente la fréquence de recombinaison entre les 2 locus). Quatre étapes sont nécessaires à la construction d'une carte génétique : (i) estimation des taux de recombinaison entre tous les couples de marqueurs, (ii) regroupement des marqueurs liés entre eux en groupes de liaison, (iii) ordonnancement des marqueurs à l'intérieur de chaque groupe de liaison, (iiii) conversion des taux de recombinaison en distances génétiques exprimés en cM. Les logiciels de cartographie génétique les plus employés sont les suivants : Mapmaker (Lander et al. 1987) pour les descendances issues de lignées fixées et Joinmap (Stam 1993) pour la cartographie de populations issues de croisements entre génotypes hétérozygotes.

Pour être fiable, la construction d'une carte doit respecter certaines règles : (i) choix de parents plus ou moins éloignés en fonction du degré de polymorphisme propre à l'espèce, (ii) homozygotie (si possible) des parents, (iii) nombre minimal d'individus pour une estimation précise des fréquences de recombinaison.

Le choix des marqueurs utilisés dépend surtout du type de population choisie ; les marqueurs codominants sont les plus informatifs puisqu'ils permettent de révéler la classe hétérozygote par contre ils ne sont d'aucune utilité dans le cas de populations issues d'haploïdes doublés.

Une carte est considérée saturée quand tout nouveau marqueur ajouté se cartographie sur l'un des groupes de liaison déjà existants et quand le nombre de groupes de liaison est égal au nombre de chromosomes.

1.3.3.2 Marqueurs et cartes génétiques de la tomate

La première carte génétique de la tomate a été construite à partir de marqueurs isoenzymatiques (Chetelat, 1989, cité par Saliba-Colombani, 2000) mais cette technique est de peu d'intérêt chez L. esculentum en raison du faible taux de polymorphisme à l'intérieur de l'espèce (Rick 1974).

Les premiers marqueurs de l'ADN développés chez la tomate ont été les RFLP. En 1992, une carte haute densité constituée d'environ 1000 marqueurs RFLP a été publiée (Tanksley et al. 1992). Elle reste une référence pour toutes les études génétiques chez la tomate, mais aussi pour les genres voisins Capsicum et Solanum (Livingstone et al. 1999, Doganlar et al. 2002a, Doganlar et al. 2002b).

De nombreux autres marqueurs ont été développés depuis une dizaine d'années, en particulier ceux basés sur la technique PCR : les Random Amplified Polymorphism DNA ou RAPD, les marqueurs microsatellites, les Amplified Fragment Length Polymorphism ou AFLP, … (pour revue, de Vienne 1998).

1.3.3.3 Recherche de QTL

On peut distinguer deux types de caractères génétiques : ceux à déterminisme Mendélien et les caractères quantitatifs. Les premiers sont faciles à étudier car ils présentent une distribution discontinue et on peut en distinguer les classes phénotypiques facilement. Les seconds sont caractérisés par une variation continue et on ne peut pas distinguer aisément de classe. La variation de ces caractères quantitatifs est contrôlée par plusieurs locus appelés QTL (Quantitative Trait Locus).

La cartographie de ces QTL et l'évaluation de leurs effets individuels est possible depuis l'avènement des marqueurs moléculaires. Leur détection est basée sur le déséquilibre de liaison qu'on peut observer entre les allèles du locus marqueur et ceux du QTL lié. Plusieurs méthodes de recherche de QTL existent (pour revue, de Vienne 1998).

1.3.3.4 Caractérisation et utilisation de QTL

Le but majeur de la recherche et de la cartographie de QTL est de fournir les éléments de départ pour la sélection de génotypes améliorés ou pour détecter et caractériser le ou les gènes responsables de la variation du caractère. Toutefois, les grands intervalles de confiance obtenus autour des QTL par cartographie "classique" limitent leur intérêt.

La cartographie fine du secteur chromosomique sur lequel le QTL a été cartographié permet de mieux le situer, facilitant ainsi son clonage positionnel ou la sélection assistée par marqueurs. Deux voies sont possibles pour la caractérisation d'un QTL : le clonage positionnel ou la recherche de gènes candidats.

La cartographie fine

Il est indispensable de "disséquer" la composition génique d'un QTL pour permettre sa caractérisation. En effet un QTL peut résulter de deux gènes (voire plus) sur le même fragment de chromosome. Leur liaison peut être rompue par crossing-over ce qui nécessite des effectifs d'autant plus importants que les gènes sont proches et une cartographie de haute résolution pour leur mise en évidence au niveau génétique (Tanksley 1993).

Cependant on ne dispose pas toujours d'une population d'effectif suffisant et / ou d'une densité en marqueurs suffisamment élevée. Dans ce cas la mise en œuvre d'une stratégie de cartographie fine s'avère indispensable. Elle consiste à comparer les effets des allèles des QTL dans du matériel quasi-isogénique sauf pour de petits secteurs du fragment étudié (Paterson et al. 1990, Lecomte et al. 2003).

Clonage de gènes et de QTL

Lorsqu'on souhaite caractériser un gène ou un QTL et connaître sa séquence, deux méthodes peuvent être utilisées : le clonage par mutagenèse d'insertion (transposon tagging) et le clonage positionnel (map-based cloning).

Le clonage d'insertion par mutagénèse consiste à insérer un transposon dans ou près d'un gène bloquant ainsi son expression. En utilisant le transposon comme sonde, la région proche de son insertion peut être identifiée et clonée. Cette technique est surtout utilisée en génétique inverse pour rechercher un phénotype associé à un gène particulier. Chez la tomate, quelques dizaines de lignées d'insertion sont disponibles. Elle est plus adaptée aux espèces modèles grâce aux collections de mutants d’insertion.

Le clonage positionnel permet d'isoler des gènes pour qui seuls le phénotype et la position sur la carte sont connus. Il consiste à localiser le gène ou le QTL dans une région suffisamment petite pour pouvoir examiner tous les gènes de cette région. Cette démarche peut être scindée en trois étapes principales : (i) la cartographie classique du gène ou du QTL suivie d'un enrichissement de la région par des marqueurs. On peut utiliser à cette étape la technique de Bulk Segregant Analysis (Michelmore et al. 1991) complétée par un enrichissement en marqueurs grâce à la technique AFLP (Vos et al. 1995), on réalise ensuite des lignées quasi-isogéniques pour affiner la cartographie. La principale limite de cette étape est le grand effectif qui peut être nécessaire (Fridman et al. 2000) ; (ii) puis il faut estimer la relation entre distance génétique (cM) et distance physique (kb ou Mb). Si cette distance est susceptible de porter un nombre de gènes trop important (séquence trop longue ou région plus riche en gènes), il faut affiner encore la cartographie en créant de nouveaux recombinants et en ajoutant de nouveaux marqueurs ; (iii) enfin il faut hybrider les marqueurs les plus proches du gène cible avec des banques de grands fragments : BAC (Bacterial Artificial Chromosome) ou YAC (Yeast Artificial Chromosome), détecter les clones les plus intéressants et les ordonner pour arriver jusqu'au gène cible (Delseny 1999). De nombreux gènes ont pu être clonés par cette approche, en voici quelques exemples : Pto (Martin et al. 1993), fw2.2 (Alpert et Tanksley 1996), B et og^c (Ronen et al. 2000), Lin5 (Fridman et al. 2000), rin (Vrebalov et al. 2002) ou encore ovate (Liu et al. 2002). La complémentation par transformation par le gène cloné permettra de valider le candidat.

1.3.4 La démarche gène candidat

La mise en évidence des QTL se fait en général à l’aide de marqueurs anonymes ce qui ne permet pas de les caractériser. Leur caractérisation peut être abordée par deux voies différentes :

- si on ne dispose pas d'information sur le déterminisme physiologique et moléculaire du caractère, on utilisera la mutagenèse d'insertion ou le clonage positionnel suivant les espèces travaillées (cf. § 1.3.3.4)

- par contre si des informations sont disponibles sur la physiologie du caractère, en particulier les fonctions des gènes impliqués, il est plus facile de rechercher ceux dont le polymorphisme pourrait expliquer une part de la variation du caractère, on appelle ces gènes les "gènes candidats".

La confirmation du rôle d'un gène dans la variation d'un caractère pourra se réaliser, elle aussi de différentes manières qui sont complémentaires :

- par cartographie fine,

- par recherche d’associations entre le polymorphisme de ce gène et la variation du caractère dans des populations où le déséquilibre de liaison est très faible (lignées non apparentées),

- par analyse de la variation aux niveaux protéique, biochimique ou métabolique,

- par complémentation par transformation.

1.3.4.1 Historique

Cette stratégie s'est développée depuis une dizaine d'années en génétique végétale. Précédemment, elle avait obtenu ses premiers résultats en génétique humaine (Riordan et al, 1989 ; Jeunemaître et al, 1989, cités par Pfiegler et al, 2001).

1.3.4.2 Description de la démarche

Quand le clonage de gènes (clonage positionnel ou mutagenèse d'insertion) est rendu impossible par la taille du génome et / ou l'absence de transposons dans l'espèce étudiée mais que des suppositions sont possibles en ce qui concerne les fonctions biologiques dans lesquelles peuvent être impliqués les gènes d'intérêt, alors la stratégie gène candidats peut être appliquée (Byrne et al. 1996). Les gènes candidats peuvent être des gènes dits "structuraux" (codant pour une enzyme par exemple) ou des gènes impliqués dans la régulation d'un métabolisme (comme les facteurs de transcription). Sachant que de nombreux caractères importants en amélioration des plantes sont complexes et à hérédité quantitative (résultat de l'action de plusieurs gènes cartographiés avec des intervalles de confiance importants et pouvant être influencés par l'environnement), cette stratégie est plus adaptée que la caractérisation par clonage positionnel ou mutagenèse d'insertion.

La définition du terme "gène candidat" différera suivant que l'on se place d'un point de vue "physiologique" où tous les gènes impliqués dans l'expression d'un caractère donné sont considérés comme candidats ou d'un point de vue "génétique" où ce sont seulement les gènes polymorphes potentiellement impliqués dans la variation du caractère en raison de leur fonction biologique (candidats fonctionnels) ou de leur position sur la carte (candidats positionnels) qui sont considérés comme candidats (Pflieger et al. 2001).

1.3.4.3 Choix des GC

GC fonctionnels

Quand les aspects biochimiques et / ou physiologiques liés au caractère sont connus, les GC peuvent être choisis parmi des gènes clonés connus pour intervenir dans le métabolisme étudié. Si aucune séquence n'est connue, on peut se référer à des bases de données alimentées par des EST provenant d'espèces voisines. L'utilisation de banques d'ADNc spécifiques aux différents organes et / ou aux stades de développement étudiés permet d'avoir une bonne base de départ. L'utilisation de mutants conférant des phénotypes extrêmes pour le caractère dans l'espèce étudiée mais aussi dans des espèces proches, pour lesquelles la connaissance du génome est plus avancée (A. thaliana dans le cas de la tomate et des dicotylédones en général et O. sativa pour les monocotylédones) peut aider aussi au choix du gène candidat.

GC positionnels

La colocalisation après cartographie fine du QTL et du GC permettra de donner du poids à l'hypothèse. On peut se servir dans ce cas aussi d'espèces plus ou moins apparentées dont les génomes sont mieux connus (cartographie comparée), car il a été démontré que des espèces appartenant à la même famille ont souvent conservé une organisation du génome voisine (Tanksley et al. 1992, Livingstone et al. 1999, Chen et al. 2001, Doganlar et al. 2002a) ; de plus des études plus récentes ont démontré par tri sur des EST que des génomes qui avaient divergé depuis longtemps (A. thaliana, L. esculentum et M. trunculata) présentaient encore des similitudes importantes en particulier sur le nombre de copies de certains gènes ou sur leur homologie de séquence (Fulton et al. 2002b). Or pour certains gènes, l'homologie de séquence impliquerait l'homologie de fonction (Chen et al. 2001).

1.3.4.4 Tri des GC

Une fois les GC choisis, l'association doit être confirmée pour choisir les GC les plus crédibles.

Co-ségrégation d'un GC fonctionnel avec un caractère mendélien

Pour les locus contrôlant des traits qualitatifs, une co-ségrégation absolue (sans recombinants pour une population d'effectif important) est nécessaire pour valider le gène candidat. Cette stratégie a, par exemple, été utilisée pour caractériser le locus y dont l'allèle dominant y+ est responsable de la couleur rouge du poivron (Capsicum annuum) ; une liaison complète entre la couleur jaune et une mutation à l’intérieur du gène codant pour la capsanthine capsorubine synthase a été mise en évidence dans une population de 145 individus F2 (Lefebvre et al. 1998). L'hypothèse gène candidat a pu être renforcée par l'étude complémentaire de la liaison dans 31 lignées non apparentées.

Co-ségrégation d'un GC fonctionnel avec un QTL

Contrairement aux locus mendéliens, la position des QTL est le plus souvent imprécise, les intervalles de confiance qui leur sont associés pouvant recouvrir plusieurs mégabases. La mise en œuvre d'une cartographie fine permettra de préciser la position du QTL. Puis la co-ségrégation du GC avec le QTL devra être confirmée soit par analyse statistique d'association entre un polymorphisme du gène et la variation du caractère dans des lignées non apparentées, soit par une expérience de validation (transformation génétique ou étude physiologique).

Cependant la co-ségrégation et / ou l'association statistique ne sont pas des arguments suffisants pour conclure définitivement que le GC est responsable de la variation phénotypique pour le caractère étudié. D'autres analyses de validation sont nécessaires.

1.3.4.5 Validation des GC et applications de la stratégie gène candidat en amélioration des plantes

Les expériences de validation sont plus ou moins complexes suivant la nature du caractère (mono ou polygénique). Les études physiologiques fournissent des arguments confortant ou réfutant les hypothèses (Schaffer et al. 2000).

Cependant elles ne sont pas absolument irréfutables. Des exemples de l'utilisation de la transgénèse pour étayer l'hypothèse gène candidat existent (Klann et al. 1996, d'Aoust et al. 1999). Cependant dans le cas de caractères complexes, l'effet partiel du QTL ou du gène ne sera vraiment mis en évidence que s'il possède un effet fort. La meilleure validation serait la transformation génétique par recombinaison homologue mais elle n'est pas encore disponible en routine chez les végétaux (Hanin et Paszkowski 2003).

Jusqu'à présent très peu de GC concernant les végétaux ont été validés par transformation car la plupart des caractères d'importance sont sous contrôle polygénique.

Des GC validés seront d'excellents marqueurs pour des QTL car il n'y aura pas de recombinaison entre le marqueur et le QTL. Un GC validé pourrait donc servir en sélection assistée par marqueurs ou pour l'identification de variétés.

L'utilisation de la démarche gène candidat a permis de confirmer la synténie à l'intérieur de la famille des Solanacées pour certains gènes impliqués dans la coloration des tissus par comparaison des gènes candidats validés pour les espèces de cette famille (Thorup et al. 2000).

1.3.5 Influence des facteurs génétiques dans la variation de la qualité de la tomate

La variation des différentes composantes de la qualité organoleptique (physiques, chimiques et sensorielles) est très influencée par les facteurs génétiques. De nombreuses études y ont été dédiées (pour revue, Stevens 1986).

Une étude menée en serre hors sol de printemps et en pleine terre en été s'appuyant sur un plan de croisements entre lignées d'origines et de qualité très diverses a permis de mettre en évidence une forte variabilité génétique pour l'ensemble des critères de qualité et la possibilité de prédire la valeur des combinaisons hybrides pour certains caractères (fermeté, composition en sucres et en acides) en connaissant la valeur des lignées parentales. Dans une autre étude menée en parallèle et incluant quatre génotypes différents, il a été démontré que dans tous les tests hédoniques auprès des consommateurs, l'effet variétal (préférence de la variété aromatique quel que soit le traitement appliqué), prend l'ascendant sur les modalités de traitement post-récolte mises en œuvre (Causse et al. 2001a).

1.3.5.1 Poids et apparence du fruit

L'hérédité du poids du fruit chez la tomate a pu être attribuée, suivant les études, à un nombre très variable de gènes pouvant aller jusqu'à vingt. Cette variation peut être expliquée par des effets d'épistasie et/ou de pléïotropie qui peuvent apparaître en fonction des contextes génétiques et des conditions environnementales. L'héritabilité est souvent faible (environ 0.30) et l'action des gènes plutôt de type dominant (Ibarbia et Lambeth 1969b). Il a été très souvent observé que la moyenne du poids du fruit dans une descendance est toujours plus proche de celle du parent à faible poids (Grandillo et al. 1996). La liaison négative entre poids du fruit et teneur en sucre souvent mise en évidence et supposée due à un effet de dilution (Chen et al. 1999) peut, d'après certains auteurs, être assez facilement rompue (Ibarbia et Lambeth 1971, Rick 1974).

La couleur du fruit est dépendante de l'espèce et, à l'intérieur de L. esculentum, du cultivar. Ainsi certaines variétés présentent une coloration du fruit plus ou moins orangée. Une synthèse récente dans laquelle 38 paramètres représentatifs de la qualité organoleptique étaient étudiés rapporte l'héritabilité relativement faible pour les teneurs en carotène et lycopène (Causse et al. 2002).

1.3.5.2 Métabolites primaires

Nous distinguerons les solides solubles, dont les sucres, d'une part et les acides, d'autres part.

- Solides solubles et sucres

L'héritabilité de la teneur en solides solubles (SS) dans la matière fraîche est variable en fonction de la population étudiée. Une récente étude de synthèse (Fulton et al. 2002a) à partir de l'étude de quatre populations de niveau BC2, BC3 ou BC4 avec quatre espèces sauvages différentes a mis en évidence 65 QTL pour les teneurs en sucre parmi lesquels seulement sept seraient communs à au moins deux populations. L'allèle sauvage entraîne une augmentation de la teneur en sucre dans 85% des cas.

Dans un test diallèle avec 4 parents à gros fruits et 4 parents à petits fruits, l'héritabilité de la teneur en SS a été estimée à 0,54. Tous les croisements entre parents à petits fruits et certains entre parents à petits fruits et parents à gros fruits ont montré de l'hétérosis pour la teneur en SS attribuée au phénomène d'épistasie. L'existence de gènes dominants pour ce caractère a été confirmée (Stoner et Thompson 1966). Lower et Thompson (1967) ont aussi trouvé une relation d'hétérosis pour les SS dans un hybride de première génération. Ils ont estimé l'héritabilité pour la teneur en SS proche de 0,70. Ibarbia et Lambeth (1969a) ont par ailleurs proposé l'existence de trois paires de gène contrôlant la teneur en SS dans un croisement entre des parents à 4,6 et 6,7% de SS, ils ont estimé l'héritabilité à 0,59. Rick (1974) a pu établir grâce à la démonstration de la distribution continue de la teneur en SS et sa liaison avec plusieurs autres caractères génétiquement indépendants (teneur en delta-carotène, coloration du collet avant maturité) que l'hérédité du caractère est polygénique et complexe.

Une relation entre le type de croissance et le contenu en SS a également été mise en évidence. Un mode de croissance indéterminé induit une teneur en SS plus élevée et une taille de fruits plus importante grâce à une augmentation de la capacité photosynthétique de la plante (Emery et Munger 1970, Fridman et al. 2001).

- Teneur en acides

La teneur en acides des fruits de tomate est également très variable suivant le fonds génétique (Stevens 1972, Baldwin et al. 1991), le ratio malate/citrate étant une caractéristique variétale. Le contrôle du caractère a été donné monogénique dans un premier temps (Walkof et Hide, 1963, cité par Saliba-Colombani, 2000), mais Lower et Thompson (1967) ont montré plus tard un contrôle polygénique du caractère avec une héritabilité forte (0,64). On a également plus récemment mis en évidence six QTL pour l'acidité titrable (Saliba-Colombani et al. 2001). Les acides citrique, fumarique et malique sont vraisemblablement hérités de manière indépendante (Sanchez Mata et al. 2000). L’étude de quatre populations d’origine interspécifique a mis en évidence 102 QTL pour les caractères liés à l'acidité (teneurs en acides citrique, glutamique et malique, acides totaux et pH). Un des QTL pour le pH situé sur le chromosome 10 a été identifié sur trois des quatre populations (Fulton et al. 2002a).

La teneur en acide citrique est corrélée à l'acidité titrable alors que celle en acidité malique ne l'est pas. Baldwin et al (1991) ont montré que la variation de la perception acide était due essentiellement à l'acide citrique.

Les différences de pH entre cultivars ne sont pas très importantes, cependant on a noté une forte variabilité entre individus de même génotype et une répartition de l'acidité hétérogène dans le fruit. La distribution de l'acide citrique entre gel et péricarpe est spécifique au cultivar ce qui peut faire penser que la distribution relative des acides entre les différentes régions du fruit serait contrôlée par différents gènes (Stevens et al. 1977a). Cette différence de répartition à l'intérieur du fruit n'est sûrement pas sans conséquence car le gel étant plus fluide que le péricarpe, il est plus accessible aux récepteurs du goût du consommateur.

Les coefficients de corrélation obtenus par Lower et Thompson (1967), ont permis d'envisager une obtention facile de recombinants avec une bonne acidité et une teneur en SS élevée. Par contre, une étude menée par Ibarbia et Lambeth (1971) a mis en évidence la difficulté à obtenir des génotypes recombinants riches en SS et possédant un faible pH. Une étude plus récente met en évidence la localisation différente des QTL pour la sucrosité et l'acidité au niveau sensoriel et donc la possibilité d'améliorer les deux caractères séparément (Causse et al. 2001b).

1.3.5.3 Composés aromatiques

Leur profil qualitatif est presque toujours identique mais varie quantitativement entre variétés (Langlois et al. 1996). Une étude réalisée sur les descendances (F1, F2, BC1 et BC2) entre deux cultivars américains a permis de mettre en évidence la bonne héritabilité de la concentration pour les trois composés suivants : le 2-isobuthylthiazole, le méthyl salicylate et l'eugénol (Stevens 1970). Par contre la synthèse récente de Causse et al, (2002) a démontré que l'héritabilité des composés volatiles était dans l'ensemble plus faible que celle de la majorité des autres composantes de la qualité. Une étude voisine (Saliba-Colombani et al. 2001) a permis de cartographier des QTL, dont certains à effet fort, pour douze de ces composés principalement sur les chromosomes 4 (huit QTL), 8 (quatre QTL) et 9 (cinq QTL).

1.3.5.4 Caractères sensoriels

Différentes études ont souligné une différence variétale pour les caractères sensoriels qu'il s'agisse de tests de préférence ou de l'analyse sensorielle (Stevens et al. 1977b, Bucheli et al. 1999). Cependant aucune donnée sur l'héritabilité ou le nombre de gènes impliqués n'a été fournie. Dans l'étude de Stevens mettant en jeu six cultivars américains très différents pour leurs fonds génétique et leur flaveur, on a pu distinguer des différences au niveau chimique et au niveau sensoriel. Pour certains descripteurs (saveur sucrée, saveur acide et intensité globale de flaveur), une différence significative entre cultivars a pu être mise en évidence. Le travail de Bucheli a révélé la forte corrélation entre le ratio sucres/acide glutamique d'une part et la flaveur d'autre part, liaison confirmée par un travail plus récent (Fulton et al. 2002a). Il est important de noter ici que ces travaux ont été réalisés sur du matériel destiné à l'industrie de transformation.

Une étude déjà citée (Causse et al. 2001b) met en exergue la bonne corrélation entre l’intensité aromatique globale, la sucrosité, l'acidité et les arômes bonbon et citron.

Une autre étude a permis de mettre en relation la composition chimique des fruits, les résultats d'analyse sensorielle et les préférences des consommateurs et ce pour des cultivars de type cerise et de type normaux. Les différents résultats ont montré l’intérêt des consommateurs pour les tomates cerise (Hobson et Bedford 1989), ce qui été confirmé par Causse et al. (2001a).

1.3.6 QTL et gènes impliqués dans la variation de la qualité du fruit

Quelques exemples de QTL et gènes impliqués dans la qualité du fruit sont donnés à la suite.

1.3.6.1 Gènes intervenant dans le développement précoce du fruit

Plusieurs banques d'ADNc provenant d'ARNm (ARN messagers) extraits de fruits en cours de développement ont été construites. Grâce au clonage de gènes exprimés pendant le développement précoce du fruit, on a pu isoler des clones exprimés à des stades différents [10 jours ou 20 jours après l'anthèse, Tieman et Handa (1996)]. Cette étude a mis en évidence que la majorité des ARNm correspondant à ces clones ne sont pas spécifiques des fruits mais s'exprime également dans les tissus foliaires ce qui permettait aux auteurs d'affecter aux protéines correspondantes des fonctions dans des processus essentiels aux tissus en développement.

Rad 23, Tft3

Une étude plus récente (Lemaire-Chamley et al. 2000) a permis d'isoler des gènes spécifiquement exprimés à des stades précoces du développement du fruit, grâce à la méthode de "differential display" d'ARNm ("DDRT-PCR technique"). En particulier l'ADNc codant pour RAD23 (86% d'homologie avec la protéine RAD23 isolée à partir de Daucus carota, cette protéine intervenant vraisemblablement dans les processus de réparation de l'ADN) qui a été cartographié sur le chromosome 2 et Tft3 14-3-3 (protéine intervenant dans la régulation de divers processus physiologiques, Finnie et al. 1999) sur le chromosome 4. L'étude de l'expression temporelle au cours du développement du fruit réalisée pour ces deux clones a montré des expressions fortes pour les stades 3, 6 et 10 jours après l'anthèse.

Fps

Une étude employant des techniques en partie similaires (Gaffe et al. 2000) a permis de cloner un gène codant pour la farnesyl pyrophosphatase synthase, intermédiaire important dans la biosynthèse des stérols et des caroténoïdes (Anderson et Beardall 1991). La famille des isoprénoïdes à laquelle appartient le farnesyl pyrophosphate intervient dans la stabilité membranaire, la prolifération cellulaire, et la coloration des tissus par l'intermédiaire des caroténoïdes (Bramley 2002). Il a été suggéré qu'un arrêt du développement du fruit pourrait être dû à une inhibition de la biosynthèse du stérol (Gillaspy et al. 1993). Les résultats de l'étude de Gaffe et al. mettent en évidence les fonctions importantes du gène FPS dans le développement précoce du fruit. Les niveaux d'expression les plus élevés ont été trouvés pour les jeunes fruits. Deux locus de la FPS ont été cartographiés sur les chromosomes 10 et 12.

Cyclines