Effect of drought stress on physio-metabolomics attributes of theobroma cacao (l.)

Abstract

La culture cacaoyer (Theobroma cacao L.) est un moyen stratégique pour la lutte contre la pauvreté dans plusieurs pays d’Afrique. Il est cultivé surtout pour ses fèves qui ont une grande valeur marchande car, elles constituent la principale matière première du chocolat. De nos jours, la recherche des clones élites capables de résister aux effets des changements climatiques est un véritable challenge pour la culture du cacaoyer. Le clone élite dans ce contexte sera donc ce génotype capable de produire des métabolites spécifiques favorisant l’adaptation à une nouvelle condition climatique. Ainsi, utilisant les cals et les plantules régénérées à partir des graines, cette étude présente une analyse globale de l’évolution du métabolome dans le but de permettre une meilleure compréhension des mécanismes régulant la réponse des plantes au stress hydrique. Les explants utilisés pour la production des cals et des embryons sont les staminodes et les pétales des boutons floraux immatures. L’influence de la position des boutons floraux sur le même arbre a été évaluée. Les résultats montrent que la position de l’explant floral influence ses capacités à produire les embryons. Les fréquences d’embryogénèse somatique étaient 2 fois plus élevées dans les explants issus des cals provenant des staminodes des branches plagiotropes secondaires (BII) et primaires (BI) comparés à ceux des tiges (Ti). Au cours de la phase d’établissement des embryons, les polyphénols sont plus accumulés dans les explants provenant de Ti tandis que les sucres et les protéines sont plus accumulés dans les explants provenant de BI et BII, respectivement. Lorsque les embryons sont établis, les explants provenant de BII présentent les plus faibles activités péroxydasique. Cet ensemble de données suggère que les boutons floraux situés sur les branches plagiotropes sont plus aptes à l’embryogénèse somatique chez le cacaoyer. L’influence du stress hydrique a par la suite été étudiée premièrement au cours de la phase d’établissement des embryons. Pour cela, les cals des génotypes SCA12, SCA6 et MA12, âgés de 28 jours ont été placés sur milieu DKW contenant du polyéthylène glycol-8000 (PEG) à des concentrations de 2,5 ; 5 et 7,5 % (p/v). L’influence du stress hydrique a ensuite été étudié au cours de la phase de maturation, à travers la culture des embryons du génotype SCA6, âgés de 6 mois sur milieu DKW contenant du PEG, du mannitol ou du sorbitol à des concentrations de 5 ; 7,5 et 10% (p/v). Les résultats montrent que le stress hydrique influence les capacités des cals à produire les embryons. Le génotype SCA12 a présenté les meilleures capacités de conversion en condition de stress sévère (PEG à 7,5% (p/v)) et est de ce fait considéré comme tolérant au stress hydrique, suivi de SCA6 (moyennement tolérant) et MA12 (sensible). Les analyses biochimiques faites sur ces explants montrent que les teneurs en polyphénols et en flavonoïdes totaux sont réduites chez les génotypes SCA12 et SCA6 au cours du stress hydrique. Le taux de réduction maximal est observé chez le génotype SCA12 en présence de PEG à 5 et 7,5 % (p/v), pour les polyphénols et les flavonoïdes totaux respectivement, comparé au contrôle. Le PEG à 7,5% (p/v) au cours de la maturation s’est révélé comme le meilleur traitement pour le développement des embryons secondaire du génotype SCA6 favorisant la différentiation des racines et des tiges, comparé au mannitol et au sorbitol, quel que soit la concentration utilisée.Les changements métaboliques associés à la différentiation des cals et à l’établissement des plantules provenant des graines en condition de stress hydrique induit par le PEG ont été analysés en utilisant la RMN-1H. Les analyses multi-variées (ACP et PLS-DA) ont permis la mise en évidence des métabolites discriminants. Les indicateurs métaboliques de la tolérance au stress hydrique dans les cals regroupent l’acide trans-aconitique, l’acide aspartique, le fructose et le saccharose (qui sont fortement accumulés) et le stachyose (dont la teneur diminue). Dans les cotylédons issus des graines germées sous stress hydrique, la proline, l’acide lactique et le 1-O-ethyl-β-D-glucoside sont fortement accumulés tandis que le β-D-glucose présente une forte réduction de sa teneur. Cette étude souligne l’importance de ces données comme une ressource essentielle pour la caractérisation du comportement tolérant de T. cacao vis-à-vis du stress hydrique.