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Fructifier ou se développer : le dilemme du fraisier

Chez le fraisier, la balance entre floraison et développement végétatif (stolonnage) conditionne le rendement du plant. L’Inra a démontré l’influence des gibbérellines, phytohormones, sur le devenir du méristème axillaire.

Fraises variété

Le fraisier une plante modèle au développement dual

Après la pomme et la poire, la production de fraisiers et de fraises (Fragaria spp), à haute valeur ajoutée, se classe au troisième rang des espèces fruitières selon son chiffre d’affaires en France. La plante a la particularité de pouvoir se multiplier soit par voie végétative (production de plantes-filles par stolon) soit par voie sexuée (production de fruits portant les graines). Pour cette importante plante fruitière charnue, qui subit une dépression de consanguinité, la production de stolon aérien (coureur) est essentielle pour la propagation clonale de variétés commerciales. L’équilibre entre ces deux voies de reproduction conditionne donc d’une part, la production de plants et de l’autre, le rendement en fruits. Les facteurs environnementaux, température et photopériode sont connus pour influencer le devenir des méristèmes apicaux (transition florale) et celui des méristèmes axillaires en stolon. Mais cette balance est aussi sous l’influence de phytohormones, les gibbérellines, comme les chercheurs viennent de le démontrer.

Les gibbérellines 20-oxydase : des phytohormones conditionnant le rendement des fraisiers

Les mécanismes moléculaires endogènes sous-jacents à la production de stolons demeuraient jusqu’ici inconnus. Grâce à un mutant sans stolon ou runnerless (r) chez la fraise des bois (Fragaria vesca), les chercheurs ont pu démontrer que la déficience de la reproduction végétative était due à une délétion dans le site actif d’un gène de synthèse de gibbérelline 20-oxydase (GA20ox). Ce gène FeGA20ox4 s’exprime principalement dans le méristème axillaire et dans les stolons en développement. Lorsqu’il est muté, les méristèmes axillaires restent « dormants » ou produisent des pousses secondaires terminées par des inflorescences fructifères. L’application exogène de gibbérellines bioactives rétablit la reproduction végétative chez le fraisier muté, confirmant bien l’importance du rôle de ces hormones dans la différenciation du méristème axillaire en pousses végétatives et donc, dans le compromis entre multiplication végétative et production de fruits. 

L’amélioration de la productivité des fraisiers sous le contrôle crucial des mécanismes de production de stolons ou d’inflorescences

Les résultats montrent qu’en fonction de l'état allélique de GA20ox4, le méristème axillaire produit soit un stolon (allèle actif), soit des inflorescences (allèle inactif). Cette mutation, que l'on retrouve chez tous les mutants r, remonte à plus de trois siècles. Ainsi la production d’inflorescences par le méristème axillaire correspond-elle à la mise en place d’un programme de développement par défaut qui peut être exploité pour moduler la production de stolons et augmenter le rendement en fruits chez le fraisier. La possibilité de réguler la balance stolonnage – floraison chez la fraise via la mutation du gène FveGA20ox4 est d’autant plus importante que les deux modes de reproduction sont nécessaires chez cette espèce : la reproduction asexuée, pour mettre à disposition des producteurs les variétés obtenues par sélection, la reproduction sexuée, pour assurer le rendement en fruits.
La compréhension du rôle spécifique des gibbérellines 20-oxydase dans la différenciation du méristème axillaire ouvre désormais des perspectives pour identifier des cibles de sélection et définir des pratiques culturales optimisées pour répondre aux besoins des producteurs et aux demandes des consommateurs.  Le transfert de ces connaissances de la fraise des bois à la fraise cultivée est en cours.

Ces résultats ont été obtenus dans le cadre de la thèse de doctorat de Tracey Tenreira : Contrôle génétique et moléculaire du stolonnage – Balance entre reproduction sexuée et multiplication végétative chez le fraisier diploïde, Université de Bordeaux (Décembre 2015).  Ce travail de recherche a bénéficié d’un financement, sur 3 ans, du Ministère de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation (concours de l’Ecole doctorale). Il a été mené en partenariat avec l’IRTA Center of research in Agrigenomics (CSIC-IRTA-UAB6UB) de Barcelone et avec l’Institut für Pfanzenbiologie de Braunschweig (Allemagne).

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Béatrice Denoyes Unité Mixte de Recherche Biologie du Fruit et Pathologie -UMR1332 BFP-, Inra et Université de Bordeaux, Campus de la Grande Ferrade, 71 av Edouard Bourlaux, 33883 VILLENAVE D'ORNON
  • Christophe Rothan Unité Mixte de Recherche Biologie du Fruit et Pathologie -UMR1332 BFP-, Inra et Université de Bordeaux, Campus de la Grande Ferrade, 71 av Edouard Bourlaux, 33883 VILLENAVE D'ORNON
Département(s) associé(s) :
Biologie et amélioration des plantes, Santé des plantes et environnement
Centre(s) associé(s) :
Nouvelle-Aquitaine-Bordeaux

Article de référence

  • Lockhart J (2017) Flowering Versus Runnering: Uncovering the Protein Behind a Trait That Matters in Strawberry. The Plant Cell Vol 29. DOI:
    https://doi.org/10.1105/tpc.17.00709
  • Mach J (2017) A Time to Divide and a Time to Expand: Histone Deacetylases Flip a Gibberellin Oxidase-Mediated Switch in Root Meristem Cells. The Plant Cell Vol 29.
    https://doi.org/10.1105/tpc.17.00732
  • Tenreira T et al (2017). A Specific Gibberellin 20-oxidase Dictates the Flowering-Runnering Decision in Diploid Strawberry. The Plant Cell. Vol. 29: 2168–218.
    https://doi:10.1105/tpc.16.009
  • Verma S et al (2017). Detection of fruit quality and flowering QTLs in Eastern and Western U.S. strawberry (Fragaria ×ananassa) breeding populations using pedigree-based analysis. Horticulture Research, 4, 17062.
    https://doi:10.1038/hortres.2017.62
  • Martins AO et al (2018). To Bring Flowers or Do a Runner: Gibberellins Make the Decision. Molecular Plant. 2018 Jan 8; 11(1): 4-6.

La filière fraise française

Les programmes de recherche Inra ont toujours été très fortement suivis par la filière fraisicole, et plus particulièrement en Aquitaine qui produit 50% de la production française. Depuis 1988, le centre Inra Nouvelle-Aquitaine-Bordeaux a initié, en collaboration avec l’ensemble de la profession, des recherches sur les résistances aux pathogènes et sur la qualité du fruit du fraisier cultivé. Plus récemment, pour accompagner l’adaptation de la culture à de nouvelles pratiques culturales et au changement climatique, des recherches ont été engagées sur la compréhension des mécanismes génétiques, physiologiques et moléculaires de la balance entre les développements reproducteur et végétatif. Ces recherches sont conduites au sein de l’UMR Biologie du Fruit et Pathologie  en partenariat avec les professionnels de la filière fraisicole en Aquitaine, le Ciref, Invenio et l’AOPn Fraise. Grâce à une articulation solide construite à travers des projets régionaux et internationaux communs, les résultats de la recherche peuvent être rapidement discutés et utilisés par la filière.