Rôle des canaux potassiques sortants de type Shaker dans le contrôle de l’acidité du raisin en relation avec le changement climatique.

École doctorale GAIA
Spécialité BIDAP – Biologie, Interactions, Diversité Adaptative des Plantes
Laboratoire UMR BPMP – Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes
Directeur de thèse Isabelle GAILLARD

Projet de thèse

Objectif
Pouvoir contrôler la teneur en K+ des baies au moment de la récolte est aujourd’hui indispensable pour préserver l’acidité du raisin et la qualité du vin. Cela nécessite une meilleure compréhension des bases moléculaires de l’accumulation de K+ dans la baie tout au long de son développement, ainsi qu’une précise caractérisation des différents systèmes de transport du K+ impliqués dans l’absorption et l’accumulation de cet ion dans le fruit
Présentation du projet
Dans le passé, les caractéristiques climatiques des différentes régions viticoles ont été correctement prises en compte par les viticulteurs pour adapter au mieux la vigne à son environnement. Or aujourd’hui, le changement climatique caractérisé par une forte augmentation des températures et des déficits hydriques importants, perturbe le développement et la maturation du raisin. Les caractéristiques de la baie changent (couleur, saveur et arôme) mais plus important encore les baies obtenues à la vendange sont beaucoup moins acides ce qui conduit à l’obtention de vins peu organoleptiques et possédant un faible potentiel de vieillissement.
Chez le raisin, l’acidité du fruit est due à un équilibre entre les acides organiques libres et ceux partiellement neutralisés par le potassium (K+). En effet, l’ion K+ en tant que contre-ion majoritaire, permet la neutralisation électrique des acides organiques et participe de ce fait au contrôle du pH et de l’équilibre acido-basique de la pulpe. Nous avons montré dans l’équipe que les fortes températures favorisent une accumulation accrue du K+ dans la baie de raisin. Trop de potassium dans la baie à la vendange non seulement diminue la quantité d’acide libre mais aussi peut pendant le processus de vinification interagir avec l’acide tartrique pour donner du bitartrate de K+ qui largement insoluble, précipite. La faible acidité des moûts conduit alors à l’obtention de vins de pauvre qualité. Contrôler de manière efficace l’accumulation du K+ dans la baie pendant sa maturation est donc devenu un des challenges de la viticulture d’aujourd’hui. Le projet de thèse proposé vise à la caractérisation fonctionnelle et moléculaire de deux canaux K+ sortants de type Shaker afin d’identifier leur implication dans le contrôle de l’accumulation du K+ dans la baie lors de l’exposition du raisin à de fortes températures. Les canaux pressentis ont été sélectionnés sur la base d’études préliminaires faisant appel à des techniques de transcriptomique, de biologie moléculaire et d’électrophysiologie. L’un de ces canaux nommé VvK5.1 est exprimé dans la baie au cours de sa maturation. Nos premières données montrent que son expression est régulée à partir de la mi maturité par un mécanisme d’épissage alternatif. Les premiers criblages effectués en électrophysiologie indiquent que les propriétés fonctionnelles des canaux codés par les deux transcripts de ce gène ne sont pas complètement identiques. Le second canal VvK5.4 exprimé dans la rafle, support pédonculaire et ligneux de la grappe sur lequel sont accrochés les raisins semble être impliqué dans la réponse de la baie aux contraintes de l’environnement.
Les différentes étapes du projet :
1) L’analyse spatio-temporelle des patrons d’expression des différents gènes candidats sera effectuée par q-PCR.
2) La localisation tissulaire de l’expression de nos gènes d’intérêt au cours du développement de la baie de raisin et dans différents organes (feuilles tiges etc) se fera par hybridation in situ.
3) L’analyse fonctionnelle en électrophysiologie. La caractérisation fonctionnelle des canaux Shaker sortants sera effectuée par la technique de voltage-clamp à deux électrodes (TEVC) en ovocytes de xénope. Les analyses détermineront (i) la sensibilité au voltage (ii) la sélectivité ionique (pour le K+ et aussi pour d’autres ions) (iii) la sensibilité au pH.
4) Validation in planta : Deux types de validation seront menées en parallèle : (1) Surexpression des canaux Shaker d’intérêt par agro-infiltration directe de baies au stade vert, en utilisant des vecteurs binaires. L’analyse des flux K+ sera corrélée aux mesures du pH subcellulaire (vacuole, cytoplasme, apoplasme) effectuées par imagerie sur des cellules exprimant des senseurs ratiométriques fluorescents sensibles au pH. (2) Complémentation de plantes d’Arabidopsis thaliana mutantes invalidées pour l’expression des canaux sortants GORK et SKOR d’Arabidopsis par les canaux Shaker de vigne étudiés au cours de la thèse.