L’arôme et le gout de la tomate, une vieille histoire

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La tomate (Solanum lycopersicum) est un fruit originaire du nord de l’Equateur produit dans le monde entier (177 millions de tonnes en 2016). Il existe une multitude de cultivars mais malheureusement la tomate produite massivement n’a pas ou peu de goût ni d’odeur. C’est le résultat d’une longue sélection qu remonte à l’Empire aztèque. Durant ce processus, la tomate d’origine requérant une pollinisation croisée a perdu ce caractère et s’auto-pollinise (voir un prochain billet à ce sujet) dans la plus grande majorité des cultivars commerciaux contemporains. Et ce n’est pas anecdotique car l’auto-pollinisation induit une uniformisation génétique ainsi qu’une décroissance du polymorphisme et en particulier la quasi disparition de nombreux gènes. La conséquence première est donc une perte de goût, de saveur et d’odeur du fruit.

Pour reprendre une image utilisée pour les hommes de Neandertal par le Professeur Jean-Jacques Hublin considérez un sac de billes de 15 couleurs différentes. Plongez la main dans ce sac. Statistiquement vous aurez alors dans votre main huit billes, disons de 5 couleurs différentes. Reconstituez un nouveau sac de billes avec le même nombre de billes que le sac initial avec seulement ces 5 couleurs et recommencez l’opération. Voilà une illustration de la sélection qui s’est opérée avec les tomates et bien d’autres plantes maintenant cultivées industriellement : une perte de la diversité génétique par sélections successives.

Une équipe de biologistes de l’Agricultural Research Service à Ithaca, NY sous la direction du Docteur James Giovannoni a identifié la cause de cette perte de goût de la tomate. Le cultivar Heinz 1706 avait été utilisé auparavant pour réaliser la séquence totale de l’ADN du fruit. Cet ADN contient 35768 gènes codants pour des protéines. Or il s’est trouvé que cet ADN de référence contenait 272 gènes que l’on ne retrouve dans aucune solanacée. Il s’agissait donc de contaminations. Après élimination de ces gènes contaminants d’autres ADNs provenant d’ancêtres de la tomate moderne furent inclus dans cette étude provenant de l’Equateur, du Pérou et de l’Amérique centrale. Il apparut qu’au cours de la sélection un grand nombre de gènes avaient disparu ou n’étaient plus exprimés en arrivant à un total (non définitif) de 35942 gènes codants.

En séquençant les ADNs de 725 cultivars différents incluant les ancêtres de la tomate il apparut que 4873 gènes avaient été « oubliés » dans le séquençage du cultivar Heinz 1706, ça fait beaucoup …

La découverte la plus significative de cette étude en profondeur est la présence dans les deux allèles du gène TomLoxC de différences notoires en amont de ces gènes au niveau de la région proche de leur promoteur. La comparaison entre les allèles de ce gène dans Solanum pimpinellifolium (l’ancêtre de la tomate) et dans S. lycopersicum (la tomate moderne) a finalement indiqué que moins de 2 % des cultivars modernes de S. lycopersicum étaient capables d’exprimer correctement le gène TomLoxC. Or l’enzyme codé par ce gène confère justement le goût et l’odeur caractéristiques de la tomate. Il s’agit d’une lipoxygénase qui, à partir de lipides lourds, permet la synthèse d’acides légers dont les esters qui en dérivent confèrent l’arôme et le gout caractéristiques des tomates. Or ce gène particulier existe dans 91 % des tomates ancestrales dont l’ADN a été étudié au cours de cette étude.

Cette somme incroyable de travail va permettre aux biologistes de réintroduire au moins ce gène dans les cultivars modernes mais aussi de se pencher sur ces 4873 autres gènes non identifiés jusqu’ici. De plus le gène TomLoxC est impliqué dans la synthèse des caroténoïdes, précurseurs de la vitamine A, et il y a tout lieu de penser que la tomates du futur, modifiée en réintroduisant ces gènes « oubliés » au cours du long processus de sélection, retrouveront leurs qualités organoleptiques originelles et rendre à la tomate son statut de fruit, car la tomate est un fruit et non pas un légume …

Source : Agricultural Research Service news letters

Les tomates sont des êtres vivants !

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Les végétaux puisent leur énergie du Soleil grâce à une machinerie complexe résidant dans les chloroplastes. Ils utilisent les photons pour couper l’eau selon une équation chimique simplifiée qui s’écrit ainsi :

2 H2O → O2 + 4 H+ (ou protons). Certes cette équation n’est pas équilibrée mais il apparaît aussi 4 électrons dans le processus qui est particulièrement complexe. Le terme photosynthèse n’est donc paradoxalement pas vraiment approprié puisque le rôle premier de la capture des photons solaires est la cassure des molécules d’eau. Deux protons sont ensuite utilisés pour réduire du NADP et deux autres protons sont pris en charge par l’ATP synthétase pour produire de l’ATP, le vecteur universel d’énergie cellulaire du monde vivant. Le NADP réduit ou encore NADPH est nécessaire à de nombreux processus métabolique dont la fixation du CO2 atmosphérique qui entre aussi dans les fonctions des chloroplastes. Cette fixation se fait grâce à l’intervention d’un enzyme, probablement le plus abondant sur la planète, la RUBISCO. Ces deux fonctions sont résumées dans les schémas ci-dessous (Wikipedia) :

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La cellule végétale contient aussi des mitochondries et c’est bien normal puisque la nuit le métabolisme ne peut pas s’arrêter en attendant le jour suivant. Les mitochondries produisent alors l’ATP nécessaire à la poursuite des activités métaboliques de la cellule. C’est la raison pour laquelle les végétaux produisent aussi du CO2, un peu le jour mais surtout la nuit. Les chloroplastes contiennent, outre la chlorophylle, de nombreux autres pigments collaborant au processus de capture des photons, dont des caroténoïdes qui confèrent une couleur rouge-orangée à de nombreux fruits et fleurs. On sait aussi que la cellule végétale contient enfin des inclusions riches en ces caroténoïdes appelés chromoplastes mais auxquels aucune fonction métabolique n’avait encore été attribuée.

Mais qu’advient-il dans un fruit comme une tomate ? Une tomate, pour prendre cet exemple, était considérée comme un tissu mort, sans métabolisme significatif, jusqu’à une récente découverte de la fonction d’un troisième système cellulaire de fourniture d’énergie différent des chloroplastes mais également des mitochondries. Et ce système se trouve être situé justement dans ces chromoplastes.

Quand une tomate commence à murir les chloroplastes dégénèrent et forment alors des chromoplastes dont on n’a qu’à peine effleuré le rôle jusqu’à une étude récente réalisée à l’Université de Barcelone qui montre sans ambiguité que ces organites sub-cellulaires sont bien impliqués dans des processus respiratoires fournissant des équivalents réducteurs (NADPH) et de l’énergie (ATP) en consommant de l’oxygène. La tomate mure n’est donc pas du tout un tissu mort. Selon cette étude, on peut dire brièvement que les chromoplastes disposent d’une machinerie proche de celle des mitochondries mais qu’elle diffère dans sa composition et son fonctionnement de celle de ces dernières. Cette différence a pu être mise en évidence en utilisant un additif alimentaire bien connu pour ses propriétés anti-oxydation, l’octyl gallate (E 311). Ce produit appelé aussi Ogal, inhibe la chaine respiratoire des chromoplastes mais seulement quand la tomate est arrivée à maturité ce qui signifie qu’il s’effectue une complète réorganisation des tissus constituant ce fruit afin de ne pas mourir mais de maintenir un métabolisme ralenti prévenant l’éventuelle attaque de champignons ou de bactéries. Ces chromoplastes jouent aussi un rôle essentiel au cours du murissement en produisant d’importantes quantités de caroténoïdes, des acides gras et bien d’autres métabolites responsables des propriétés organoleptiques du fruit.

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En conclusion de ce travail, la tomate, comme beaucoup d’autres fruits, n’est pas du tout un tissu mort mais un être bien vivant doté d’une certaine activité métabolique essentielle qui continue à fonctionner en consommant de l’oxygène au contraire de la plante entière qui produit de l’oxygène à partir de l’eau. Finalement les végétaux sont beaucoup plus complexes qu’on pourrait le croire.

Illustration montrant des chromoplastes visualisés par auto-fluorescence du lycopène, le carotène le plus abondant dans la tomate lui conférant sa couleur rouge caractéristique.

Source : Plant Physiology, open access, DOI: 10.1104/pp.114.243931

Nicotine et maladie de Parkinson

Les solanacées contiennent toutes peu ou prou de la nicotine. Le représentant le plus connu de cette famille est le tabac, mais peu de gens savent qu’il y a aussi de la nicotine dans les tomates ou les poivrons, deux autres représentants de cette famille qui comprend aussi la pomme de terre, le pétunia et la mandragore bien connue des lecteurs de Spirou dont je fus un lecteur assidu dans ma jeunesse. Mais je m’égare …

La nicotine agit sur les centres de récompense du cerveau en augmentant la teneur cérébrale d’une série de neurotransmetteurs dont la dopamine et aussi la beta-endorphine, l’anti-douleur naturel sécrété par le cerveau, l’acétylcholine et bien d’autres substances conduisant à la stimulation psychique recherchée par les fumeurs. D’autres composés sont présents dans les solanacées (et donc le tabac) dont un inhibiteur de la mono-amine oxydase, un enzyme dont la fonction est de réguler la teneur cérébrale en sérotonine et en dopamine. La nicotine active la sécrétion de la dopamine et un autre composé, l’harmaline, présent dans le tabac, inhibe en partie la mono-amine oxydase.

Or la maladie de Parkinson se caractérise d’abord par un déficit en dopamine, le neurotransmetteur clé pour la transmission de signaux entre neurones moteurs ce qui a pour résultat les tremblements caractéristiques de cette maladie. On avait déjà observé que la cigarette protégeait significativement contre l’apparition de la maladie de Parkinson dont plus de dix millions de personnes souffrent dans le monde et pour laquelle il n’y a pas de traitement satisfaisant sinon la 3,4-dihydroxyphénylalanine (L-DOPA) transformée en dopamine dans l’organisme. Une équipe de biologistes de l’Université de Washington à Seattle a montré que le poivron était bénéfique pour prévenir l’apparition de cette maladie qui conduit finalement à la démence et à la mort lorsque le « système nerveux » indépendant du cœur est atteint. Les études ont montré que les effets bénéfiques des poivrons étaient naturellement masqués chez les fumeurs puisque les teneurs respectives en nicotine ne sont pas comparables.

Je suggère donc de se préparer des salades de pétales de pétunia (pour la nicotine) et de passiflore (pour l’harmaline), de manger des ratatouilles de poivrons et de tomates, deux solanacées contenant aussi de la nicotine mais si je décide d’arrêter la cigarette, combien de kilos de poivrons faudra-t-il ingérer pour ne pas ressentir de manque ?

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Source : Annals of Neurology press release