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Guillaumie S, Ilg A, Réty S, Brette M, Trossat-Magnin C, Decroocq S, Léon C, Keime C, Ye T, Baltenweck-Guyot R, Claudel P, Bordenave L, Vanbrabant S, Duchêne E, Delrot S, Darriet P, Hugueney P, Gomès E. Genetic analysis of the biosynthesis of 2-methoxy-3-isobutylpyrazine, a major grape-derived aroma compound impacting wine quality. PLANT PHYSIOLOGY 2013; 162:604-15. [PMID: 23606597 PMCID: PMC3668056 DOI: 10.1104/pp.113.218313] [Citation(s) in RCA: 60] [Impact Index Per Article: 5.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/24/2013] [Accepted: 04/18/2013] [Indexed: 05/19/2023]
Abstract
Methoxypyrazines (MPs) are strongly odorant volatile molecules with vegetable-like fragrances that are widespread in plants. Some grapevine (Vitis vinifera) varieties accumulate significant amounts of MPs, including 2-methoxy-3-isobutylpyrazine (IBMP), which is the major MP in grape berries. MPs are of particular importance in white Sauvignon Blanc wines. The typicality of these wines relies on a fine balance between the pea pod, capsicum character of MPs and the passion fruit/grapefruit character due to volatile thiols. Although MPs play a crucial role in Sauvignon varietal aromas, excessive concentrations of these powerful odorants alter wine quality and reduce consumer acceptance, particularly in red wines. The last step of IBMP biosynthesis has been proposed to involve the methoxylation of the nonvolatile precursor 2-hydroxy-3-isobutylpyrazine to give rise to the highly volatile IBMP. In this work, we have used a quantitative trait loci approach to investigate the genetic bases of IBMP biosynthesis. This has led to the identification of two previously uncharacterized S-adenosyl-methionine-dependent O-methyltransferase genes, termed VvOMT3 and VvOMT4. Functional characterization of these two O-methyltransferases showed that the VvOMT3 protein was highly specific and efficient for 2-hydroxy-3-isobutylpyrazine methylation. Based on its differential expression in high- and low-MP-producing grapevine varieties, we propose that VvOMT3 is a key gene for IBMP biosynthesis in grapevine.
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Affiliation(s)
| | | | - Stéphane Réty
- Université de Bordeaux and Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne, Unité Mixte de Recherche 1287, F–33140 Villenave d’Ornon, France (S.G., C.T.-M., S.Dec., C.L., L.B., S.Del., E.G.)
- Université de Strasbourg, F–67081 Strasbourg, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.)
- Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 8015 Laboratoire de Cristallographie et Résonance Magnétique Nucléaire Biologiques, Université Paris Descartes, F–75270 Paris, France (S.R.)
- Université de Bordeaux, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Equipe d’Accueil 4577 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Unité Sous Contrat 1366 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Mixte de Recherche 1131 Santé de la Vigne et Qualité du Vin, F–68021 Colmar, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.); and
- Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, F–67404 Illkirch, France (C.K., T.Y.)
| | - Maxime Brette
- Université de Bordeaux and Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne, Unité Mixte de Recherche 1287, F–33140 Villenave d’Ornon, France (S.G., C.T.-M., S.Dec., C.L., L.B., S.Del., E.G.)
- Université de Strasbourg, F–67081 Strasbourg, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.)
- Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 8015 Laboratoire de Cristallographie et Résonance Magnétique Nucléaire Biologiques, Université Paris Descartes, F–75270 Paris, France (S.R.)
- Université de Bordeaux, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Equipe d’Accueil 4577 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Unité Sous Contrat 1366 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Mixte de Recherche 1131 Santé de la Vigne et Qualité du Vin, F–68021 Colmar, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.); and
- Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, F–67404 Illkirch, France (C.K., T.Y.)
| | - Claudine Trossat-Magnin
- Université de Bordeaux and Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne, Unité Mixte de Recherche 1287, F–33140 Villenave d’Ornon, France (S.G., C.T.-M., S.Dec., C.L., L.B., S.Del., E.G.)
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- Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 8015 Laboratoire de Cristallographie et Résonance Magnétique Nucléaire Biologiques, Université Paris Descartes, F–75270 Paris, France (S.R.)
- Université de Bordeaux, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Equipe d’Accueil 4577 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Unité Sous Contrat 1366 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Mixte de Recherche 1131 Santé de la Vigne et Qualité du Vin, F–68021 Colmar, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.); and
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| | - Stéphane Decroocq
- Université de Bordeaux and Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne, Unité Mixte de Recherche 1287, F–33140 Villenave d’Ornon, France (S.G., C.T.-M., S.Dec., C.L., L.B., S.Del., E.G.)
- Université de Strasbourg, F–67081 Strasbourg, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.)
- Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 8015 Laboratoire de Cristallographie et Résonance Magnétique Nucléaire Biologiques, Université Paris Descartes, F–75270 Paris, France (S.R.)
- Université de Bordeaux, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Equipe d’Accueil 4577 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Unité Sous Contrat 1366 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
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| | - Céline Léon
- Université de Bordeaux and Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne, Unité Mixte de Recherche 1287, F–33140 Villenave d’Ornon, France (S.G., C.T.-M., S.Dec., C.L., L.B., S.Del., E.G.)
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- Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 8015 Laboratoire de Cristallographie et Résonance Magnétique Nucléaire Biologiques, Université Paris Descartes, F–75270 Paris, France (S.R.)
- Université de Bordeaux, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Equipe d’Accueil 4577 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Unité Sous Contrat 1366 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Mixte de Recherche 1131 Santé de la Vigne et Qualité du Vin, F–68021 Colmar, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.); and
- Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, F–67404 Illkirch, France (C.K., T.Y.)
| | - Céline Keime
- Université de Bordeaux and Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne, Unité Mixte de Recherche 1287, F–33140 Villenave d’Ornon, France (S.G., C.T.-M., S.Dec., C.L., L.B., S.Del., E.G.)
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- Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 8015 Laboratoire de Cristallographie et Résonance Magnétique Nucléaire Biologiques, Université Paris Descartes, F–75270 Paris, France (S.R.)
- Université de Bordeaux, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Equipe d’Accueil 4577 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Unité Sous Contrat 1366 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Mixte de Recherche 1131 Santé de la Vigne et Qualité du Vin, F–68021 Colmar, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.); and
- Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, F–67404 Illkirch, France (C.K., T.Y.)
| | - Tao Ye
- Université de Bordeaux and Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne, Unité Mixte de Recherche 1287, F–33140 Villenave d’Ornon, France (S.G., C.T.-M., S.Dec., C.L., L.B., S.Del., E.G.)
- Université de Strasbourg, F–67081 Strasbourg, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.)
- Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 8015 Laboratoire de Cristallographie et Résonance Magnétique Nucléaire Biologiques, Université Paris Descartes, F–75270 Paris, France (S.R.)
- Université de Bordeaux, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Equipe d’Accueil 4577 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Unité Sous Contrat 1366 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Mixte de Recherche 1131 Santé de la Vigne et Qualité du Vin, F–68021 Colmar, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.); and
- Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, F–67404 Illkirch, France (C.K., T.Y.)
| | - Raymonde Baltenweck-Guyot
- Université de Bordeaux and Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne, Unité Mixte de Recherche 1287, F–33140 Villenave d’Ornon, France (S.G., C.T.-M., S.Dec., C.L., L.B., S.Del., E.G.)
- Université de Strasbourg, F–67081 Strasbourg, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.)
- Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 8015 Laboratoire de Cristallographie et Résonance Magnétique Nucléaire Biologiques, Université Paris Descartes, F–75270 Paris, France (S.R.)
- Université de Bordeaux, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Equipe d’Accueil 4577 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
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- Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Mixte de Recherche 1131 Santé de la Vigne et Qualité du Vin, F–68021 Colmar, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.); and
- Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, F–67404 Illkirch, France (C.K., T.Y.)
| | - Patricia Claudel
- Université de Bordeaux and Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne, Unité Mixte de Recherche 1287, F–33140 Villenave d’Ornon, France (S.G., C.T.-M., S.Dec., C.L., L.B., S.Del., E.G.)
- Université de Strasbourg, F–67081 Strasbourg, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.)
- Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 8015 Laboratoire de Cristallographie et Résonance Magnétique Nucléaire Biologiques, Université Paris Descartes, F–75270 Paris, France (S.R.)
- Université de Bordeaux, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Equipe d’Accueil 4577 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Unité Sous Contrat 1366 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Mixte de Recherche 1131 Santé de la Vigne et Qualité du Vin, F–68021 Colmar, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.); and
- Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, F–67404 Illkirch, France (C.K., T.Y.)
| | - Louis Bordenave
- Université de Bordeaux and Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne, Unité Mixte de Recherche 1287, F–33140 Villenave d’Ornon, France (S.G., C.T.-M., S.Dec., C.L., L.B., S.Del., E.G.)
- Université de Strasbourg, F–67081 Strasbourg, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.)
- Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 8015 Laboratoire de Cristallographie et Résonance Magnétique Nucléaire Biologiques, Université Paris Descartes, F–75270 Paris, France (S.R.)
- Université de Bordeaux, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Equipe d’Accueil 4577 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Unité Sous Contrat 1366 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Mixte de Recherche 1131 Santé de la Vigne et Qualité du Vin, F–68021 Colmar, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.); and
- Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, F–67404 Illkirch, France (C.K., T.Y.)
| | - Sandra Vanbrabant
- Université de Bordeaux and Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne, Unité Mixte de Recherche 1287, F–33140 Villenave d’Ornon, France (S.G., C.T.-M., S.Dec., C.L., L.B., S.Del., E.G.)
- Université de Strasbourg, F–67081 Strasbourg, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.)
- Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 8015 Laboratoire de Cristallographie et Résonance Magnétique Nucléaire Biologiques, Université Paris Descartes, F–75270 Paris, France (S.R.)
- Université de Bordeaux, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Equipe d’Accueil 4577 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Unité Sous Contrat 1366 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Mixte de Recherche 1131 Santé de la Vigne et Qualité du Vin, F–68021 Colmar, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.); and
- Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, F–67404 Illkirch, France (C.K., T.Y.)
| | - Eric Duchêne
- Université de Bordeaux and Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne, Unité Mixte de Recherche 1287, F–33140 Villenave d’Ornon, France (S.G., C.T.-M., S.Dec., C.L., L.B., S.Del., E.G.)
- Université de Strasbourg, F–67081 Strasbourg, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.)
- Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 8015 Laboratoire de Cristallographie et Résonance Magnétique Nucléaire Biologiques, Université Paris Descartes, F–75270 Paris, France (S.R.)
- Université de Bordeaux, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Equipe d’Accueil 4577 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Unité Sous Contrat 1366 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Mixte de Recherche 1131 Santé de la Vigne et Qualité du Vin, F–68021 Colmar, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.); and
- Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, F–67404 Illkirch, France (C.K., T.Y.)
| | - Serge Delrot
- Université de Bordeaux and Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Ecophysiologie et Génomique Fonctionnelle de la Vigne, Unité Mixte de Recherche 1287, F–33140 Villenave d’Ornon, France (S.G., C.T.-M., S.Dec., C.L., L.B., S.Del., E.G.)
- Université de Strasbourg, F–67081 Strasbourg, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.)
- Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 8015 Laboratoire de Cristallographie et Résonance Magnétique Nucléaire Biologiques, Université Paris Descartes, F–75270 Paris, France (S.R.)
- Université de Bordeaux, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Equipe d’Accueil 4577 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, Unité Sous Contrat 1366 Œnologie, F–33140 Villenave d’Ornon, France (M.B., S.V., P.D.)
- Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Mixte de Recherche 1131 Santé de la Vigne et Qualité du Vin, F–68021 Colmar, France (A.I., R.B.-G., P.C., E.D., P.H.); and
- Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, F–67404 Illkirch, France (C.K., T.Y.)
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