WO1996018911A1 - Method for identifying plant species and hybrids thereof - Google Patents
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Definitions
- the subject of the invention is a method of identifying plant species and their hybrids, and lower rank taxa, based on the use of a reference system.
- taxa of lower rank we mean in particular subspecies, varieties, sub-varieties, forms and sub-forms, as well as cultivars or grape varieties and clones, without being linked to strict definitions of these. Taking Vitis as an example __________
- Vitis corresponds to the genus, vinifera, riparia, _________________________, or rupestris corresponds to the species, that these species include several cultivars or grape varieties, among which various clones.
- hybrids as used in the description and the claims include, unless otherwise indicated, the lower rank taxa which they contain.
- polyphenolic compounds have qualitative and quantitative constants characteristic of a plant species and its hybrids and, inside a plant species and its hybrids, characteristics of their lower rank taxa as their subspecies, varieties, sub-varieties, forms and sub-forms as well as cultivars or grape varieties and even among them, clones.
- the invention is based on the use of these phenolic compounds to obtain information constituting an identity card of a given plant species or of a hybrid and of their taxa of lower rank.
- the invention therefore aims to provide a new method of recognizing plant species and their hybrids, their taxa of lower rank based on the use of a frame of reference allowing high reliability discrimination.
- the invention thus aims to provide more specifically a reference system, or database, for a plant species, or its hybrids and their taxa of lower rank, developed on the basis of characteristics of the phenolic compounds which they contain. According to another aspect, the invention aims to provide means for verifying the nature of the rank of a taxon of a plant species or of a hybrid to be checked.
- It also relates to means for controlling from a product derived from a plant material, the affiliation of the latter to a lower rank taxon of a plant species or of a hybrid.
- the method according to the invention for identifying a plant species, or its hybrids, or a lower rank taxon of this species or its hybrids is characterized in that an extract essentially consisting of polyphenolic compounds, originating from a given plant material of said species or hybrid, from their taxa of lower rank, or from a product produced from these materials, is subjected to minus a multidimensional NMR analysis, followed by a quantitative analysis of the signals and the statistical processing of the integration data, leading to obtaining data characteristic of the plant species, the hybrid, or their rank taxa inferior.
- NMR map data obtained according to the invention makes it possible to have a technique of highly reliable recognition of the taxa of lower rank to which these materials belong, or from from which these products are obtained. This reliability implies carrying out the extractions and analyzes under the same conditions.
- these data prove to be constant for a given material, which allows their use to develop a reference system or database constituting a signature of the genetic potential of the taxa of lower rank studied.
- the polyphenolic extracts are subjected to a heteronuclear 1 H-13c NMR analysis, providing information on the structure of the polyphenols present in the extracts.
- HMBC-GAS Genetic Accelerated Spectroscopy
- Pulses of magnetic field gradients are sent during the experiment, which allows a satisfactory suppression of the central peaks, ie horizontally on the middle of the spectrum containing no information, and this with a time d 'reduced experience in the conditions of the implementation of the process compared to HMBC without gradients.
- HMBC-GAS cards have the advantage of greater readability. Indeed, they do not contain vertical streaks ("tl noise) located at the frequency of each signal and coming from the imperfection of the system of elimination of such signals in the case of" detection in quadrature "in the experiments without gradients .
- the interferograms are first multiplied by a square sinusoidal function to increase the signal / noise ratio (S / B) and undergo a Fourier transform in magnitude.
- the polyphenolic extract is subjected to an HMQC (Heteronuclear Multiple Quantum Correlation) analysis.
- HMQC Heteronuclear Multiple Quantum Correlation
- This analysis makes it possible to study the hetero- nuclear between 3-H and 3c located at a single link.
- the interferograms (FID) are first multiplied by a square sinusoidal function to increase the S / N ratio, and undergo a Fourier Transform, but in this case in amplitude, then they are phases.
- the extract to be studied is subjected to an HMQC-HOHAHA analysis (HOmonuclear HArtman HAhn).
- HMQC-HOHAHA analysis HOmonuclear HArtman HAhn
- This analysis makes it possible to see not only the coupling of a carbon 13 with the proton which it carries directly, but also with all the protons which are coupled to this latter.
- the main experimental parameters correspond to those of the HMQC to which a "mixing time" (spin-loc) is added.
- Integration corresponds to the calculation of the volume of each correlation peak by adding all the points present in the sector delimited around each correlation spot, each correlation spot being digitized in points of variable intensity.
- ANOVA variance analysis
- PCA principal component analysis
- ANOVA discriminant factor analysis
- AFD is used to optimally discriminate between predefined groups of clones.
- PCA principal component analysis
- the analysis is performed on raw data. We obtain a representation of individuals in a two-dimensional plane where the first calculated axis has the greatest variance leading to the greatest dispersion of individuals on this axis.
- This analysis makes it possible to detect the existence of atypical groups or individuals.
- AFD is advantageously performed. To this end, new variables are calculated, linear combinations of the original variables, by seeking a center of gravity for each group as far as possible. AFD is then used to assign additional individuals to one of the preceding groups.
- the foregoing steps are advantageously carried out on the total polyphenolic extracts of a plant material of the plant species or of the hybrid to be studied, or of a product produced from this plant species or this hybrid, this material and this product being called raw materials below.
- Organic solvents are used, if necessary added with water. Suitable solvents include acetone, ethyl acetate, ether, alone or as a mixture.
- the raw materials come from plant species or their hybrids having plant organs rich in polyphenolic compounds. Mention will be made in particular of the vine, the field of the invention however extending to the recognition of other tannins than those of the vine, such as the oenological tannins of pine, oak, or gall nut.
- the differentiation technique of the invention is also of great interest for the recognition of different varieties of fruit trees (for example of apple trees), or of floral varieties (in particular of roses), or of medicinal plants.
- the plant organs used for obtaining extracts are advantageously chosen, taking into account their richness in polyphenolic compounds and their easy processing. These are, for example, leaves, seeds, seeds or, if necessary, bark or flower petals.
- Products made from the plant species or organ include fruit juice, or products from their fermentation, such as wine or beer.
- the invention thus provides the means, from the polyphenolic content of a plant extract, to establish a set of data characteristic of a plant species or of its hybrids and, according to an aspect of great interest, of taxa of rank of this plant species or its hybrids.
- the invention relates to a method of identifying a plant species or its hybrids and their lower rank taxa, characterized in that an extract from a plant organ, or from a product made from of this organ or plant species, its hybrids and their lower rank taxa, to multidimensional NMR analysis and to the processing of NMR data as indicated above, and the results obtained are compared with data from a benchmark corresponding to the species.
- the invention thus provides the means of controlling with great precision an origin and, thereby, a set of qualities of a plant material or of a product produced from this material, such as fruit juices or products derived from it. of their fermentation like wine or beer.
- FIGS. 1 to 17 represent respectively: FIGS. 1 to 3, respectively represent the maps of the HMBC-GAS, the HMQC and the HMQC-HOHAHA of seed extracts of grape of clone Merlot Noir 343, - Figure 4, the results of 1 ANOVA on
- FIGS. 6 and 7 the results of the ACP and of the AFD respectively on the HMBC-GAS of these grape varieties
- Example 1 Study of grape seed extracts.
- This operating protocol includes: I. the extraction of polyphenols; II. NMR analysis of the extracts obtained; III. integration of NMR analysis data; and IV. a statistical analysis of these results.
- raisin seeds 50 g are macerated for 24 hours, protected from light, in 60 ml of acetone / water mixture (2/3).
- the mixture is subjected to a leaching step for 15 minutes. We recover a first fraction.
- the two layers are then centrifuged to eliminate the insoluble interface.
- the extract After evaporation of the ethyl acetate, the extract is dissolved in water and then lyophilized.
- the extraction yield is approximately 2g / 100g of dry seeds.
- the polyphenolic extracts of the seeds mainly contain flavanols, catechin and epicatechin, corresponding to the following formulas, as well as their polymers.
- the pulse sequence used is that of an HMBC -GAS.
- the acquisition parameters are as follows.
- the excitation frequency in dimension H is 500.14021 MHz and 125.7728 MHz in dimension 13c.
- the spectral window is 5319.15 Hz in the 1H dimension and 27670.02 Hz in the 13c dimension.
- Each free precession signal (FID) is digitized on 2048 points and 512 experiences are recorded in dimension 13c.
- the acquisition data are first multiplied by a square sine wave to increase the signal / noise ratio (S / B) and undergo a Fourier Transform in magnitude. For each experiment, 16 FIDs are accumulated. The experience time is 4 hours.
- the main parameters for data acquisition are as follows.
- the excitation frequency in dimension 1H is 500.139658 MHz and 125.7672 MHz in dimension 13c.
- the spectral width is 3787.88 Hz in the 1H dimension and 16520.27 Hz in the 13c dimension.
- Each FID is digitized on 2048 points and 256 experiences are recorded in dimension 13c against 512 experiences for the HMBC-GAS. This reduction in the number of experiments deteriorates the resolution of the correlation spots in the dimension 13c, but makes it possible to keep an experiment time identical to that of the HMBC. For each experiment, 32 FIDs are accumulated to achieve a suitable S / N ratio. The experience time is 5 hours.
- the acquisition data are first multiplied by a square sinusoidal function to increase the S / N ratio and undergo a Fourier Transform in amplitude, then are phased.
- the main experimental parameters correspond to those of HMQC to which is added "a mixing time" (spin-lock).
- the three experiences are recorded at 303
- the spectrometer is equipped with a very stable temperature regulation system, which avoids disturbances on the NMR maps, such as streaks at the level of the correlation spots.
- the information contained in the 2D NMR maps of each clone is translated into digital data by calculating the volume of each correlation peak using a computerized system
- each correlation spot is digitized in points of variable intensity.
- the data obtained are then subjected to a multidimensional statistical analysis.
- the most discriminating variables are the following: N ⁇ 22, 25, 27, 28, 31, 32, 34, 35, 37, 38, 42 and 44.
- PCA principal component analysis
- This analysis allows an analysis of individuals (clones) in a two-dimensional space, the individuals being initially present in an N-dimensional space, N being the number of variables selected.
- N being the number of variables selected.
- the clones inside the CS grape are also well differentiated, with more or less great similarity of the clones.
- AFD discriminating factor analysis
- n number of individuals
- Var p variable part selected by ANOVA
- the coefficients 1, 3, 4, 6 and 7 are the most important in the model and have good stability (low standard deviations). Given the values of the coefficients, we deduce that it is the variables 22, 27, 28, 32 and 34 which are the most influential for the construction of axis 2.
- the percentages of well classified individuals are 99.85 for CFs and MNs and 100 for CSs, the clones CF312mg and CF331Mg are responsible for the percentage of CFs due to their proximity to MNs.
- Figures 8, 9 and 10 show the values of F in the analysis of variance, obtained from the NMR spectra HMBC-GAS, respectively for the clones of the grape varieties MN, CF and CS.
- Example 2 Study of vine leaf extracts.
- Polyphenolic extracts of vine leaves are prepared from the following grape varieties and clones:
- the mixture is subjected to a slow leaching step for 1 to 2 hours.
- the acetone is evaporated under reduced pressure at 30 ° C.
- a green precipitate composed mainly of chlorophyll and waxes is formed.
- a centrifugation step and an ether extraction are used.
- the mixture is subjected to centrifugation to separate the two phases.
- the ethyl acetate is then evaporated off under reduced pressure and the solute is taken up in water to lyophilize.
- the polyphenolic extracts obtained are essentially formed of flavonoids, ⁇ uercetin and isoquercitrin, these compounds corresponding to the following formulas:
- quercetin isoquercitrin
- HMBC-GAS are recorded, and for the second extract, only one experiment is recorded to verify the reproducibility of the extraction technique.
- Each interferogram (FID) is digitized on 2048 points and 512 experiments are recorded in dimension 3c. The duration of the experience is 2 hours. The data are multiplied by a square sinusoidal function and undergo a Fourier Transform in magnitude mode.
- FIG. 17 shows the NMR map obtained.
- the most discriminating variables are the following (F> 60): Nos. 113, 115, 117 and 118.
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Abstract
Description
PROCEDE D'IDENTIFICATION D'ESPECES VEGETALES ET DE LEURS HYBRIDES METHOD FOR IDENTIFYING PLANT SPECIES AND THEIR HYBRIDS
L'invention a pour objet un procédé d'identification d'espèces végétales et de leurs hybrides, et des taxons de rang inférieur, basé sur l'utilisation d'un référentiel.The subject of the invention is a method of identifying plant species and their hybrids, and lower rank taxa, based on the use of a reference system.
Par taxons de rang inférieur, on entend en particulier sous-espèces, variétés, sous-variétés, formes et sous-formes, ainsi que cultivars ou cépages et clones, sans être lié à des définitions strictes de ceux-ci. En prenant comme exemple Vitis _________By taxa of lower rank, we mean in particular subspecies, varieties, sub-varieties, forms and sub-forms, as well as cultivars or grape varieties and clones, without being linked to strict definitions of these. Taking Vitis as an example _________
__• labrusca, __. riparia ou _. rupestris qui sont des vignes comme espèce végétale, il est couramment considéré que Vitis correspond au genre, vinifera, riparia, ________________________, ou rupestris correspondent à l'espèce, que ces espèces comprennent plusieurs cultivars ou cépages, parmi lesquels divers clones.__ • labrusca, __. riparia or _. rupestris which are vines as a plant species, it is commonly considered that Vitis corresponds to the genus, vinifera, riparia, ________________________, or rupestris corresponds to the species, that these species include several cultivars or grape varieties, among which various clones.
Les expressions "espèces végétales" etThe expressions "plant species" and
"hybrides", telles qu'utilisées dans la description et les revendications englobent, sauf indications contraires, les taxons de rang inférieur qu'elles renferment."hybrids", as used in the description and the claims include, unless otherwise indicated, the lower rank taxa which they contain.
Dans le domaine de la vigne par exemple, de nombreuses recherches sont effectuées pour mettre au point des méthodes de reconnaissance de cépages et, parmi ceux-ci, de clones, permettant aux services de contrôle de s'assurer qu'un pied de vigne, voire une bouteille de vin, correspond bien aux indications données. Leur reconnaissance par la seule observation ampélographique est difficile- et rend nécessaire le recours à des méthodes de laboratoire. Des techniques de séparation par chromatographie ont ainsi été proposées. Toutefois, elles ne permettent pas une analyse globale et reproductible des produits, une partie des tanins étant retenue sur la colonne. De plus, ces techniques ne permettent pas de différencier les clones entre eux.In the vineyard, for example, a lot of research is being carried out to develop methods for recognizing grape varieties and, among these, clones, allowing the control services to ensure that a vine stock, even a bottle of wine, corresponds well to the indications given. Recognizing them by ampelographic observation alone is difficult - and necessitates the use of laboratory methods. Separation techniques by chromatography have thus been proposed. However, they do not allow a global and reproducible analysis of the products, part of the tannins being retained on the column. In addition, these techniques do not make it possible to differentiate the clones between them.
On a également rapporté l'utilisation de la RMN ou des techniques de génie génétique.The use of NMR or genetic engineering techniques has also been reported.
Cependant, les travaux décrits, en ce qui concerne la RMN, portent essentiellement sur les vins et non sur les organes de la vigne.However, the work described, with regard to NMR, mainly concerns wines and not the organs of the vine.
Il s'agit plus spécialement d'études sur des produits issus de la fermentation de levures dans des vins blancs, comme le glycérol, ou de produits fermentescibles, comme les sucres, qui ne sont donc pas propres à la vigne.More specifically, these are studies on products resulting from the fermentation of yeasts in white wines, such as glycerol, or fermentable products, such as sugars, which are therefore not specific to the vine.
En ce qui concerne la RMN, il s'agit de techniques monodimensionnelles ( lH et 3c) pour lesquelles les raies spectrales se chevauchent, ce qui induit des erreurs dans les données d'intégration.Regarding NMR, these are one-dimensional techniques (1H and 3c) for which the spectral lines overlap, which induces errors in the integration data.
Quant aux techniques de génie génétique, elles présentent l'inconvénient d'être difficiles à mettre en oeuvre. De plus, elles nécessitent du personnel hautement qualifié et des équipements de laboratoires répondant à des normes strictes, ce qui ne permet pas d'envisager des applications à l'échelle industrielle, compte tenu des coûts qui en résultent.As for genetic engineering techniques, they have the disadvantage of being difficult to implement. In addition, they require highly qualified personnel and laboratory equipment meeting strict standards, which does not allow applications on an industrial scale, given the resulting costs.
La recherche de moyens fiables de caractérisation a conduit les inventeurs à prendre en compte un type de composés présent dans la vigne et de nombreuses autres espèces végétales, et à le soumettre à une succession d'analyses réalisées dans des conditions déterminées. Les travaux effectués ont ainsi montré que, de manière inattendue, les composés polyphénoliques présentent des constantes qualitatives et quantitatives caractéristiques d'une espèce végétale et de ses hybrides et, à l'intérieur d'une espèce végétale et de ses hybrides, caractéristiques de leurs taxons de rang inférieur comme leurs sous-espèces, variétés, sous- variétés, formes et sous-formes ainsi que cultivars ou cépages et même parmi ceux-ci, des clones. L'invention repose sur l'utilisation de ces composés phénoliques pour obtenir des informations constituant une carte d'identité d'une espèce végétale ou d'un hybride donné et de leurs taxons de rang inférieur.The search for reliable means of characterization led the inventors to take into account a type of compound present in the vine and many other plant species, and to submit it to a succession of analyzes carried out under determined conditions. The work carried out has thus shown that, unexpectedly, polyphenolic compounds have qualitative and quantitative constants characteristic of a plant species and its hybrids and, inside a plant species and its hybrids, characteristics of their lower rank taxa as their subspecies, varieties, sub-varieties, forms and sub-forms as well as cultivars or grape varieties and even among them, clones. The invention is based on the use of these phenolic compounds to obtain information constituting an identity card of a given plant species or of a hybrid and of their taxa of lower rank.
L'invention a donc pour but de fournir un nouveau procédé de reconnaissance d'espèces végétales et de leurs hybrides, de leurs taxons de rang inférieur basé sur l'utilisation d'un référentiel permettant une discrimination de grande fiabilité.The invention therefore aims to provide a new method of recognizing plant species and their hybrids, their taxa of lower rank based on the use of a frame of reference allowing high reliability discrimination.
L'invention vise ainsi à fournir plus spécialement un système de référence, ou banque de données, pour une espèce végétale, ou ses hybrides et leurs taxons de rang inférieur, élaboré à partir de caractéristiques des composés phénoliques qu'elles renferment. Selon un autre aspect, l'invention vise à fournir des moyens pour vérifier la nature du rang d'un taxon d'une espèce végétale ou d'un hybride à contrôler.The invention thus aims to provide more specifically a reference system, or database, for a plant species, or its hybrids and their taxa of lower rank, developed on the basis of characteristics of the phenolic compounds which they contain. According to another aspect, the invention aims to provide means for verifying the nature of the rank of a taxon of a plant species or of a hybrid to be checked.
Elle vise également des moyens pour contrôler à partir d'un produit issu d'un matériau végétal, 1 'appartenance de ce dernier à un taxon de rang inférieur d'une espèce végétale ou d'un hybride.It also relates to means for controlling from a product derived from a plant material, the affiliation of the latter to a lower rank taxon of a plant species or of a hybrid.
Le procédé, selon l'invention, d'identification d'une espèce végétale, ou de ses hybrides, ou d'un taxon de rang inférieur de cette espèce ou de ses hybrides, est caractérisé en ce qu'on soumet un extrait essentiellement constitué par des composés polyphénoliques, provenant d'un matériau végétal donné de ladite espèce ou hybride, de leurs taxons de rang inférieur, ou d'un produit élaboré à partir de ces matériaux, à au moins une analyse par RMN multidimensionnelle, suivie d'une analyse quantitative des signaux et du traitement statistique des données d'intégration, conduisant à l'obtention de données caractéristiques de l'espèce végétale, de l'hybride, ou de leurs taxons de rang inférieur.The method according to the invention for identifying a plant species, or its hybrids, or a lower rank taxon of this species or its hybrids, is characterized in that an extract essentially consisting of polyphenolic compounds, originating from a given plant material of said species or hybrid, from their taxa of lower rank, or from a product produced from these materials, is subjected to minus a multidimensional NMR analysis, followed by a quantitative analysis of the signals and the statistical processing of the integration data, leading to obtaining data characteristic of the plant species, the hybrid, or their rank taxa inferior.
L'exploitation des données des cartes de RMN obtenues selon l'invention, concernant les extraits polyphénoliques des matériaux et produits étudiés, permet de disposer d'une technique de reconnaissance de grande fiabilité des taxons de rang inférieur auxquels appartiennent ces matériaux, ou à partir desquels sont obtenus ces produits. Cette fiabilité implique la réalisation des extractions et des analyses dans les mêmes conditions. D'une manière avantageuse, ces données s'avèrent constantes pour un matériau donné, ce qui permet leur utilisation pour élaborer un système de référence ou de banque de données constituant une signature du potentiel génétique des taxons de rang inférieur étudiés.The exploitation of the NMR map data obtained according to the invention, concerning the polyphenolic extracts of the materials and products studied, makes it possible to have a technique of highly reliable recognition of the taxa of lower rank to which these materials belong, or from from which these products are obtained. This reliability implies carrying out the extractions and analyzes under the same conditions. Advantageously, these data prove to be constant for a given material, which allows their use to develop a reference system or database constituting a signature of the genetic potential of the taxa of lower rank studied.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, les extraits polyphénoliques sont soumis à une analyse RMN hétéronucléaire lH-13c, procurant des informations sur la structure des polyphénols présents dans les extraits.According to a preferred embodiment of the invention, the polyphenolic extracts are subjected to a heteronuclear 1 H-13c NMR analysis, providing information on the structure of the polyphenols present in the extracts.
On a plus spécialement recours à une analyse bidi ensionnelle (2D) .More specifically, a bidi ensional analysis (2D) is used.
Au moyen d'une détection protonique, en utilisant d'une manière avantageuse une sonde de détection dite inversée 1H-13C, donc de grande sensibilité 3-H, on établit les corrélations entre le lH et le !3c (taches de corrélation) par le biais de leur couplage mutuel. De manière avantageuse, on a plus spécialement recours à 1 'analyse HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Connectivity), qui établit des corrélations hétéronucléaires !H-13C à longue distance. On voit ainsi le couplage entre les protons et les carbones 13 distants de deux ou trois liaisons.By means of proton detection, advantageously using a so-called reverse detection 1H-13C, therefore of high sensitivity 3-H, the correlations between 1H and! 3c (correlation spots) are established by means of their mutual coupling. Advantageously, use is made more particularly of HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Connectivity) analysis, which establishes heteronuclear correlations! H-13C at long distance. We thus see the coupling between protons and carbons 13 distant from two or three bonds.
La séquence d'impulsions utilisée est plus spécialement celle d'une HMBC-GAS (Gradient Accelerated Spectroscopy) . Des impulsions de gradients de champ magnétique sont envoyées au cours de l'expérience, ce qui permet une suppression satisfaisante des pics centraux, c-à-d horizontalement sur le milieu du spectre ne contenant pas d'informations, et ceci avec un temps d'expérience réduit dans les conditions de la mise en oeuvre du procédé par rapport à 1 'HMBC sans gradients. De plus, les cartes HMBC-GAS présentent l'avantage d'une plus grande lisibilité. En effet, elles ne contiennent pas de traînées verticales ("tl noise) situées à la fréquence de chaque signal et provenant de l'imperfection du système d'élimination de tels signaux dans le cas de "détection en quadrature" dans les expériences sans gradients.The pulse sequence used is more specifically that of an HMBC-GAS (Gradient Accelerated Spectroscopy). Pulses of magnetic field gradients are sent during the experiment, which allows a satisfactory suppression of the central peaks, ie horizontally on the middle of the spectrum containing no information, and this with a time d 'reduced experience in the conditions of the implementation of the process compared to HMBC without gradients. In addition, HMBC-GAS cards have the advantage of greater readability. Indeed, they do not contain vertical streaks ("tl noise) located at the frequency of each signal and coming from the imperfection of the system of elimination of such signals in the case of" detection in quadrature "in the experiments without gradients .
Les interférogrammes (FID) sont tout d'abord multipliés par une fonction sinusoïdale carrée pour augmenter le rapport signal/bruit (S/B) et subissent une Transformée de Fourier en magnitude.The interferograms (FID) are first multiplied by a square sinusoidal function to increase the signal / noise ratio (S / B) and undergo a Fourier transform in magnitude.
En variante, ou en plus de l'analyse HMBC-GAS, on soumet l'extrait polyphénolique à une analyse HMQC (Heteronuclear Multiple Quantum Corrélation). Cette analyse permet d'étudier les corrélations hétéro- nucléaires entre les 3-H et les 3c situés à une seule liaison. Les interférogrammes (FID) sont tout d'abord multipliés par une fonction sinusoïdale carrée pour augmenter le rapport S/B, et subissent une Transformée de Fourier, mais dans ce cas-là en amplitude, puis ils sont phases.As a variant, or in addition to the HMBC-GAS analysis, the polyphenolic extract is subjected to an HMQC (Heteronuclear Multiple Quantum Correlation) analysis. This analysis makes it possible to study the hetero- nuclear between 3-H and 3c located at a single link. The interferograms (FID) are first multiplied by a square sinusoidal function to increase the S / N ratio, and undergo a Fourier Transform, but in this case in amplitude, then they are phases.
Dans une autre variante, utilisée seule ou en combinaison avec l'analyse HMBC-GAS et/ou HMQC, on soumet l'extrait à étudier à une analyse HMQC-HOHAHA (HOmonuclear HArtman HAhn). Cette analyse permet de voir non seulement le couplage d'un carbone 13 avec le proton qu'il porte directement, mais également avec tous les protons qui sont couplés à ce dernier. Les principaux paramètres expérimentaux correspondent à ceux de 1 'HMQC auxquels est ajouté un "temps de mélange" (spin-loc ).In another variant, used alone or in combination with the HMBC-GAS and / or HMQC analysis, the extract to be studied is subjected to an HMQC-HOHAHA analysis (HOmonuclear HArtman HAhn). This analysis makes it possible to see not only the coupling of a carbon 13 with the proton which it carries directly, but also with all the protons which are coupled to this latter. The main experimental parameters correspond to those of the HMQC to which a "mixing time" (spin-loc) is added.
Pour réaliser ces expériences, il est avantageux d'utiliser un spectro ètre équipé d'un système de régulation de la température très stable, afin d'éviter des perturbations sur les cartes de RMN. Les taches de corrélation des analyses RMN sont ensuite intégrées et les données obtenues font l'objet d'une analyse statistique multidi ensionnelle.To carry out these experiments, it is advantageous to use a spectrometer equipped with a very stable temperature regulation system, in order to avoid disturbances on the NMR maps. The correlation spots of the NMR analyzes are then integrated and the data obtained are the subject of a multidi ensional statistical analysis.
L'intégration correspond au calcul du volume de chaque pic de corrélation en additionnant tous les points présents dans le secteur délimité autour de chaque tache de corrélation, chaque tache de corrélation étant digitalisée en points d'intensité variable.Integration corresponds to the calculation of the volume of each correlation peak by adding all the points present in the sector delimited around each correlation spot, each correlation spot being digitized in points of variable intensity.
L'ensemble des données d'intégration est soumis à une analyse multidimensionnelle. On a ainsi plus spécialement recours à l'analyse de variance (ANOVA), et/ou à l'analyse en composantes principales (ACP) , et/ou à l'analyse factorielle discriminante (AFD). L'ANOVA permet de sélectionner les taches de corrélation (variables) qui apportent le plus d' informations.All the integration data is subjected to a multidimensional analysis. More specifically, we use variance analysis (ANOVA), and / or principal component analysis (PCA), and / or discriminant factor analysis (AFD). ANOVA allows you to select the correlation spots (variables) that provide the most information.
L'ACP représente les individus (clones) dans un espace à deux dimensions, les individus étant initialement présents dans un espace à N dimensions (N = nombre de variables sélectionnées) . Cette analyse permet d'étudier les individus dans 1 'espace des composantes principales, de manière à pouvoir déterminer l'existence possible de groupes et d'anomalies.The PCA represents individuals (clones) in a two-dimensional space, the individuals being initially present in an N-dimensional space (N = number of variables selected). This analysis makes it possible to study individuals in the space of the principal components, so as to be able to determine the possible existence of groups and anomalies.
L'AFD est utilisée pour discriminer de manière optimale les groupes prédéfinis de clones.AFD is used to optimally discriminate between predefined groups of clones.
Le recours à l'ANOVA permet de sélectionner les variables les plus riches en informations. On rappelle que cette technique repose sur le calcul d'un facteur F proportionnel au rapport de la variance calculée tous groupes confondus sur la somme des variances calculées à l'intérieur de chaque groupe pré-défini. Dans le cas de la vigne, ces groupes sont les cépages, ou les clones. Les variables pour lesquelles F est le plus élevé sont retenues pour 1 'ACP et 1 'AFD. La réduction de ce nombre de variables avant de procéder à 1 'analyse multidimensionnelle permet de s'assurer de l'obtention de résultats fiables. De tels résultats sont obtenus avec un rapport nombre d'échantillons/nombre de variables supérieur à 3.Using ANOVA makes it possible to select the variables richest in information. It is recalled that this technique is based on the calculation of a factor F proportional to the ratio of the variance calculated for all groups combined over the sum of the variances calculated within each pre-defined group. In the case of the vine, these groups are the grape varieties, or the clones. The variables for which F is the highest are used for the PCA and the AFD. Reducing this number of variables before proceeding with the multidimensional analysis ensures that reliable results are obtained. Such results are obtained with a number of samples / number of variables ratio greater than 3.
Une fois le nombre de variables réduit, une analyse en composantes principales, ACP, est effectuée sur les données. Cette technique calcule de nouvelles variables (composantes principales orthogonales ) par combinaison linéaire des variables originales, à partir de l'ensemble des individus (cépages, clones) auxquels sont associés des caractères quantitatifs. Ces composantes principales permettent de distinguer le mieux possible les individus, sans présupposer l'existence de regroupements parmi les individus.Once the number of variables has been reduced, a principal component analysis, PCA, is performed on the data. This technique calculates new variables (orthogonal main components) by linear combination of the original variables, from the set of individuals (grape varieties, clones) with which quantitative characters are associated. These main components make it possible to best distinguish individuals possible, without presupposing the existence of groupings among individuals.
L'analyse est réalisée sur des données brutes. On obtient une représentation des individus dans un plan à deux dimensions où le premier axe calculé possède la plus grande variance conduisant à la plus grande dispersion des individus sur cet axe. Cette analyse permet de détecter l'existence de groupes ou d'individus atypiques. Pour discriminer de manière optimale les individus constitués de sous-groupes définis (variétés, cultivars, clones... ), ces distinctions n'étant pas exhaustives, ni limitatives, par les résultats de l'ACP, on réalise avantageusement une AFD. A cet effet, on calcule de nouvelles variables, combinaisons linéaires des variables originales, en recherchant un centre de gravité pour chaque groupe le plus éloigné possible. L'AFD est ensuite utilisée pour l'affectation d'individus supplémentaires à l'un des groupes précédents. Les étapes qui précèdent sont avantageusement réalisées sur les extraits polyphénoliques totaux d'un matériau végétal de l'espèce végétale ou de l'hybride à étudier, ou d'un produit élaboré à partir de cette espèce végétale ou de cet hybride, ce matériau et ce produit étant appelés ci-après matières premières.The analysis is performed on raw data. We obtain a representation of individuals in a two-dimensional plane where the first calculated axis has the greatest variance leading to the greatest dispersion of individuals on this axis. This analysis makes it possible to detect the existence of atypical groups or individuals. To optimally discriminate individuals made up of defined subgroups (varieties, cultivars, clones, etc.), these distinctions being neither exhaustive nor limiting, by the results of the PCA, AFD is advantageously performed. To this end, new variables are calculated, linear combinations of the original variables, by seeking a center of gravity for each group as far as possible. AFD is then used to assign additional individuals to one of the preceding groups. The foregoing steps are advantageously carried out on the total polyphenolic extracts of a plant material of the plant species or of the hybrid to be studied, or of a product produced from this plant species or this hybrid, this material and this product being called raw materials below.
Ces matières premières sont soumises à une et, avantageusement, plusieurs extractions réalisées dans des conditions identiques. On utilise des solvants organiques, le cas échéant additionnés d'eau. Des solvants appropriés comprennent l'acétone, l'acétate d'éthyle, l'éther, seuls ou en mélange.These raw materials are subjected to one and, advantageously, several extractions carried out under identical conditions. Organic solvents are used, if necessary added with water. Suitable solvents include acetone, ethyl acetate, ether, alone or as a mixture.
Pour des commodités de manipulation, il est avantageux d'utiliser ces extraits sous forme lyophilisée. Les matières premières proviennent d'espèces végétales ou de leurs hybrides possédant des organes végétaux riches en composés polyphénoliques. On citera tout particulièrement la vigne, le champ de l'invention s'étendant toutefois à la reconnaissance d'autres tanins que ceux de la vigne, comme les tanins oenologiques de pin, de chêne, ou de noix de galle.For handling convenience, it is advantageous to use these extracts in lyophilized form. The raw materials come from plant species or their hybrids having plant organs rich in polyphenolic compounds. Mention will be made in particular of the vine, the field of the invention however extending to the recognition of other tannins than those of the vine, such as the oenological tannins of pine, oak, or gall nut.
La technique de différenciation de l'invention présente également un grand intérêt pour la reconnaissance de différentes variétés d'arbres fruitiers (par exemple de pommiers), ou de variétés florales (notamment de rosiers), ou encore de plantes médicinales. Les organes végétaux utilisés pour l'obtention des extraits sont choisis , avantageusement, en tenant compte de leur richesse en composés polyphénoliques et de leur traitement facile. Il s'agit par exemple de feuilles, de graines, de pépins ou, le cas échéant , d'écorces ou de pétales de fleurs.The differentiation technique of the invention is also of great interest for the recognition of different varieties of fruit trees (for example of apple trees), or of floral varieties (in particular of roses), or of medicinal plants. The plant organs used for obtaining extracts are advantageously chosen, taking into account their richness in polyphenolic compounds and their easy processing. These are, for example, leaves, seeds, seeds or, if necessary, bark or flower petals.
Les produits élaborés à partir de l'espèce ou de l'organe végétal comprennent du jus de fruits, ou des produits issus de leur fermentation, comme le vin ou la bière.Products made from the plant species or organ include fruit juice, or products from their fermentation, such as wine or beer.
L'invention fournit ainsi les moyens, à partir du contenu polyphénolique d'un extrait de végétal, d'établir un ensemble de données caractéristiques d'une espèce végétale ou de ses hybrides et, selon un aspect de grand intérêt, de taxons de rang inférieur de cette espèce végétale ou de ses hybrides.The invention thus provides the means, from the polyphenolic content of a plant extract, to establish a set of data characteristic of a plant species or of its hybrids and, according to an aspect of great interest, of taxa of rank of this plant species or its hybrids.
Compte-tenu du caractère constant obtenu pour ces données, dans les conditions énoncées ci-dessus, ces dernières sont utilisées selon l'invention pour constituer une banque servant de référentiel.Given the constant nature obtained for these data, under the conditions set out above, the latter are used according to the invention to constitute a bank serving as a repository.
Ce référentiel est donc établi, par accumulation de résultats, en opérant dans des conditions identiques, pour une espèce végétale et ses hybrides, ou pour les taxons de rang inférieur, selon l'organe végétal ou le produit élaboré à partir de l'organe végétal, d'où sont extraits les composés polyphénoliques. L'invention vise un procédé d'identification d'une espèce végétale ou de ses hybrides et de leurs taxons de rang inférieur, caractérisé en ce qu'on soumet un extrait provenant d'un organe végétal, ou d'un produit élaboré à partir de cet organe ou de l'espèce végétale, de ses hybrides et de leurs taxons de rang inférieur, à une analyse par RMN multidimensionnelle et au traitement des données de RMN comme indiqué ci-dessus, et on compare les résultats obtenus aux données d'un référenciel correspondant à l'espèce. L'invention fournit ainsi les moyens de contrôler avec une grande précision une origine et, par là, un ensemble de qualités d'un matériau végétal ou d'un produit élaboré à partir de ce matériau, comme les jus de fruits ou des produits issus de leur fermentation comme le vin ou la bière.This benchmark is therefore established, by accumulation of results, operating under conditions identical, for a plant species and its hybrids, or for taxa of lower rank, depending on the plant organ or the product produced from the plant organ, from which the polyphenolic compounds are extracted. The invention relates to a method of identifying a plant species or its hybrids and their lower rank taxa, characterized in that an extract from a plant organ, or from a product made from of this organ or plant species, its hybrids and their lower rank taxa, to multidimensional NMR analysis and to the processing of NMR data as indicated above, and the results obtained are compared with data from a benchmark corresponding to the species. The invention thus provides the means of controlling with great precision an origin and, thereby, a set of qualities of a plant material or of a product produced from this material, such as fruit juices or products derived from it. of their fermentation like wine or beer.
D'autres caractéristiques et avantages de 1 ' invention sont donnés dans les exemples qui suivent aux fins d'illustration.Other characteristics and advantages of the invention are given in the examples which follow for the purposes of illustration.
Dans ces exemples, il est fait référence aux figures 1 à 17, qui représentent respectivement : les figures 1 à 3, représentent respectivement les cartes de l'HMBC-GAS, 1 'HMQC et 1'HMQC-HOHAHA d'extraits de pépins de raisin du clone Merlot Noir 343, - la figure 4, les résultats de 1 'ANOVA surIn these examples, reference is made to FIGS. 1 to 17, which represent respectively: FIGS. 1 to 3, respectively represent the maps of the HMBC-GAS, the HMQC and the HMQC-HOHAHA of seed extracts of grape of clone Merlot Noir 343, - Figure 4, the results of 1 ANOVA on
1 'HMBC d'extraits de pépins de différents cépages,1 'HMBC of seed extracts from different grape varieties,
- la figure 5, la classification hiérarchique pour ces cépages (sur HMBC-GAS), les figures 6 et 7, les résultats respectivement de l'ACP et de l'AFD sur l'HMBC-GAS de ces cépages,- Figure 5, the hierarchical classification for these grape varieties (on HMBC-GAS), FIGS. 6 and 7, the results of the ACP and of the AFD respectively on the HMBC-GAS of these grape varieties,
- les figures 8, 9 et 10, les résultats de l'ANOVA sur l'HMBC-GAS, respectivement de Merlot Noir,- Figures 8, 9 and 10, the results of ANOVA on HMBC-GAS, respectively of Merlot Noir,
Cabernet Franc et Cabernet Sauvignon,Cabernet Franc and Cabernet Sauvignon,
- les figures 11, 12 et 13, les résultats de l'ACP sur l'HMBC-GAS, respectivement de Merlot Noir, Cabernet Franc et Cabernet Sauvignon, - les figures 14, 15 et 16, les résultats correspondant de l'AFD, la figure 17, la carte de l'HMBC-GAS gradients de feuilles de vigne de Cabernet Sauvignon 337, et - la figure 18, les résultats de l'ANOVA sur l'HMBC-GAS de feuilles de vigne.- Figures 11, 12 and 13, the results of the PCA on the HMBC-GAS, respectively of Merlot Noir, Cabernet Franc and Cabernet Sauvignon, - Figures 14, 15 and 16, the corresponding results of the AFD, FIG. 17, the map of the HMBC-GAS gradients of vine leaves of Cabernet Sauvignon 337, and - FIG. 18, the results of the ANOVA on the HMBC-GAS of vine leaves.
Exemple 1 : Etude d'extraits de pépins de raisin.Example 1: Study of grape seed extracts.
On rapporte un protocole opératoire appliqué aux pépins de raisin de clones de trois cépages .We report an operating protocol applied to grape seeds from clones of three grape varieties.
Il s'agit des cépages de Cabernet Franc (en abrégé CF) , Cabernet Sauvignon (en abrégé CS) , et Merlot Noir (en abrégé MN) et des clones : Nβ 312, 332, 331, 330, 187 de Blanquefort et, Nβ 312, 332, 331 de Montagne, pour CF ; Nβ 335, 337, 339, 341, 191 pour CS et N° 181, 343, 346, 347, 348 pour MN.These are Cabernet Franc (abbreviated to CF), Cabernet Sauvignon (abbreviated to CS), and Merlot Noir (abbreviated to MN) varietals and clones: N β 312, 332, 331, 330, 187 to Blanquefort and, N β 312, 332, 331 de Montagne, for CF; N β 335, 337, 339, 341, 191 for CS and N ° 181, 343, 346, 347, 348 for MN.
Ce protocole opératoire comprend : I. 1 'extraction des polyphénols ; II. l'analyse RMN des extraits obtenus ; III. l'intégration des données de l'analyse RMN ; et IV. une analyse statistique de ces résultats.This operating protocol includes: I. the extraction of polyphenols; II. NMR analysis of the extracts obtained; III. integration of NMR analysis data; and IV. a statistical analysis of these results.
Chacune de ces étapes est détaillée ci-après. I. Extraction des polyphénolsEach of these steps is detailed below. I. Extraction of polyphenols
Trois extraits de chaque clone ont été préparés en procédant comme suit :Three extracts from each clone were prepared as follows:
On fait macérer 50 g de pépins de raisins secs pendant 24 heures à 1 ' abri de la lumière dans 60 ml de mélange acétone/eau (2/3).50 g of raisin seeds are macerated for 24 hours, protected from light, in 60 ml of acetone / water mixture (2/3).
On soumet le mélange à une étape de lixiviation pendant 15 minutes. On récupère une première fraction.The mixture is subjected to a leaching step for 15 minutes. We recover a first fraction.
On ajoute 310 ml du même mélange de solvant aux pépins macérés et on le soumet à une lixiviation pendant 10 à 12 heures. On récupère une deuxième fraction.310 ml of the same solvent mixture is added to the macerated seeds and subjected to leaching for 10 to 12 hours. We recover a second fraction.
On réunit les deux fractions et on évapore l'acétone sous pression réduite à 30°C.The two fractions are combined and the acetone is evaporated under reduced pressure at 30 ° C.
On extrait la solution restante par de l'acétate d'éthyle (AcOEt), selon le schéma suivant :The remaining solution is extracted with ethyl acetate (AcOEt), according to the following scheme:
Volume AcOEt (ml) AgitationAcOEt volume (ml) Agitation
200 10 min200 10 min
100 5 min100 5 min
100 5 min100 5 min
50 5 min50 5 min
Les deux couches sont alors centrifugées pour éliminer l'interface insoluble.The two layers are then centrifuged to eliminate the insoluble interface.
Après évaporation de l'acétate d'éthyle, on dissout l'extrait dans l'eau, puis on le lyophilise. Le rendement d'extraction est de 2g/100g de pépins secs environ.After evaporation of the ethyl acetate, the extract is dissolved in water and then lyophilized. The extraction yield is approximately 2g / 100g of dry seeds.
Les extraits polyphénoliques des pépins renferment principalement des flavanols, catéchine et épicatéchine, répondant aux formules suivantes, ainsi que leurs polymères.The polyphenolic extracts of the seeds mainly contain flavanols, catechin and epicatechin, corresponding to the following formulas, as well as their polymers.
II. Analyse par RMNII. NMR analysis
Une quantité d'extrait identique pour chaque clone (100 mg) est dissoute dans du dimethyl sulphoxyde deutèrié (DMS0-d6 ) et analysée par RMN 2D. Trois expériences sont enregistrées pour chaque extrait : On utilise une sonde de détection dite inversée lH-13c, qui présente l'avantage d'une très grande sensibilité 1H.An identical amount of extract for each clone (100 mg) is dissolved in deuterated dimethyl sulphoxide (DMS0-d6) and analyzed by 2D NMR. Three experiences are recorded for each extract: A so-called inverted detection probe 1H-13c is used, which has the advantage of very high sensitivity 1H.
On obtientWe obtain
- le spectre du proton par projection sur l'axe horizontal,- the proton spectrum by projection on the horizontal axis,
- le spectre du carbone 13 par projection sur 1 ' axe vertical,- the carbon 13 spectrum by projection on the vertical axis,
les corrélations entre ces deux noyaux (taches de corrélation de la carte 2D) par le biais de leur couplage mutuel.the correlations between these two nuclei (correlation spots of the 2D map) through their mutual coupling.
Expérience 1 : Analyse HMBC (ref 1 ) donnant les corrélations hétéronucléaires (1H-13C) à longues distances (2JC-H et 3JC-H). Les références numériques "ref. 1" et suivantes sont précisées dans la partie "Bibliographie" en fin de description.Experiment 1: HMBC analysis (ref 1) giving heteronuclear correlations (1H-13C) at long distances (2JC-H and 3JC-H). The numerical references "ref. 1" and following are specified in the "Bibliography" section at the end of the description.
La séquence d'impulsion utilisée est celle d'une HMBC -GAS.The pulse sequence used is that of an HMBC -GAS.
Les paramètres d'acquisition sont les suivants.The acquisition parameters are as follows.
La fréquence d'excitation dans la dimension H est de 500,14021 MHz et de 125,7728 MHz dans la dimension 13c. La fenêtre spectrale est de 5319,15 Hz dans la dimension lH et de 27670,02 Hz dans la dimension 13c.The excitation frequency in dimension H is 500.14021 MHz and 125.7728 MHz in dimension 13c. The spectral window is 5319.15 Hz in the 1H dimension and 27670.02 Hz in the 13c dimension.
Chaque signal de précession libre (FID) est digitalisé sur 2048 points et 512 expériences sont enregistrées dans la dimension 13c. Les données d'acquisition sont tout d'abord multipliées par une sinusoïde carrée pour augmenter le rapport signal/bruit (S/B) et subissent une Transformée de Fourier en magnitude. Pour chaque expérience, 16 FID sont accumulés. Le temps d'expérience est de 4 h.Each free precession signal (FID) is digitized on 2048 points and 512 experiences are recorded in dimension 13c. The acquisition data are first multiplied by a square sine wave to increase the signal / noise ratio (S / B) and undergo a Fourier Transform in magnitude. For each experiment, 16 FIDs are accumulated. The experience time is 4 hours.
Expérience 2 : Analyse HMQC (ref 2 ) donnant les corrélations hétéronucléaires (lH-13c) directes (1JC-H).Experiment 2: HMQC analysis (ref 2) giving direct heteronuclear correlations (1H-13c) (1JC-H).
Les principaux paramètres d'acquisition des données sont les suivants.The main parameters for data acquisition are as follows.
La fréquence d'excitation dans la dimension lH est de 500,139658 MHz er de 125,7672 MHz dans la dimension 13c. La largeur spectrale est de 3787,88 Hz dans la dimension lH et de 16520,27 Hz dans celle du 13c.The excitation frequency in dimension 1H is 500.139658 MHz and 125.7672 MHz in dimension 13c. The spectral width is 3787.88 Hz in the 1H dimension and 16520.27 Hz in the 13c dimension.
Chaque FID est digitalisé sur 2048 points et 256 expériences sont enregistrées dans la dimension 13c contre 512 expériences pour l'HMBC-GAS. Cette réduction du nombre d'expériences détériore la résolution des taches de corrélation dans la dimension 13c, mais permet de conserver un temps d'expérience identique à celui de l'HMBC. Pour chaque expérience, 32 FID sont accumulés pour parvenir à un rapport S/B convenable. Le temps d'expérience est de 5 h.Each FID is digitized on 2048 points and 256 experiences are recorded in dimension 13c against 512 experiences for the HMBC-GAS. This reduction in the number of experiments deteriorates the resolution of the correlation spots in the dimension 13c, but makes it possible to keep an experiment time identical to that of the HMBC. For each experiment, 32 FIDs are accumulated to achieve a suitable S / N ratio. The experience time is 5 hours.
Les données d'acquisition sont tout d'abord multipliées par une fonction sinusoïdale carrée pour augmenter le rapport S/B et subissent une Transformée de Fourier en amplitude, puis sont phasées.The acquisition data are first multiplied by a square sinusoidal function to increase the S / N ratio and undergo a Fourier Transform in amplitude, then are phased.
Expérience 3 : HMQC-H0HAHA (ref. 3) donnant les corrélations hétéronucléaires (lH-13c) relayées aux protons couplés.Experiment 3: HMQC-H0HAHA (ref. 3) giving the heteronuclear correlations (1H-13c) relayed to the coupled protons.
Les principaux paramètres expérimentaux correspondent à ceux de l'HMQC auxquels est ajouté "un temps de mélange" (spin-lock). Les trois expériences sont enregistrées à 303The main experimental parameters correspond to those of HMQC to which is added "a mixing time" (spin-lock). The three experiences are recorded at 303
K. Le spectrometre est équipé d'un système de régulation de la température très stable, ce qui évite des perturbations sur les cartes RMN, comme des traînées au niveau des taches de corrélation.K. The spectrometer is equipped with a very stable temperature regulation system, which avoids disturbances on the NMR maps, such as streaks at the level of the correlation spots.
Les cartes de RMN obtenues à 1 ' issue de chacune de ces trois expériences sont données respectivement sur les figures 1 à 3.The NMR maps obtained at the end of each of these three experiments are given respectively in FIGS. 1 to 3.
III. IntégrationIII. Integration
L'information contenue dans les cartes RMN 2D de chaque clone est traduite en données numériques par le calcul du volume de chaque pic de corrélation en utilisant un système informatisé,The information contained in the 2D NMR maps of each clone is translated into digital data by calculating the volume of each correlation peak using a computerized system,
A cet effet, on délimite des secteurs autour de chaque tache de corrélation et le volume est calculé en additionnant tous les points présents dans le secteurFor this purpose, we delimit sectors around each correlation spot and the volume is calculated by adding all the points present in the sector
(chaque tache de corrélation est digitalisée en points d'intensité variable).(each correlation spot is digitized in points of variable intensity).
Les données obtenues font ensuite l'objet d'une analyse statistique multidimensionnelle.The data obtained are then subjected to a multidimensional statistical analysis.
IV. Analyse statistique multidimensionnelle des données obtenues avec 1 'HMBC-GASIV. Multidimensional statistical analysis of the data obtained with the HMBC-GAS
IV.A. analyse des cépages :IV.A. analysis of grape varieties:
a) analyse de variance (ANOVA)a) analysis of variance (ANOVA)
Par analyse de variance, on sélectionne les taches de corrélation (variables) qui apportent le plus d'informations (ref 4 et 5). 17By analysis of variance, we select the correlation spots (variables) that provide the most information (ref 4 and 5). 17
Pour les données obtenues avec l'HMBC-GAS, qui sont représentées sur la figure 4, les variables les plus discriminantes (F supérieur à 150) sont les suivantes : Nβ 22, 25, 27, 28, 31, 32, 34, 35, 37, 38, 42 et 44.For the data obtained with the HMBC-GAS, which are represented in FIG. 4, the most discriminating variables (F greater than 150) are the following: N β 22, 25, 27, 28, 31, 32, 34, 35, 37, 38, 42 and 44.
Ces variables correspondent principalement à des taches de corrélation de lH entre 2 et 3 ppm d'une part et entre 6 et 7 ppm d'autre part.These variables correspond mainly to 1H correlation spots between 2 and 3 ppm on the one hand and between 6 and 7 ppm on the other.
b) analyse hiérarchique des individusb) hierarchical analysis of individuals
On procède ensuite à une classification hiérarchique des individus de telle sorte que les distances entre eux soient fonction de leur similarité et ceci sans présupposer l'existence de groupes.We then proceed to a hierarchical classification of individuals so that the distances between them are a function of their similarity and this without presupposing the existence of groups.
Comme le montre la figure 5, qui représente l'analyse des clusters, les cépages sont assez bien différenciés puisque seuls les échantillons marqués d'un astérisque sont mal classés.As shown in Figure 5, which represents the analysis of the clusters, the grape varieties are fairly well differentiated since only the samples marked with an asterisk are misclassified.
Ces échantillons correspondent aux clones 191 de CS et 343 de MN. Les données d'intégration mettent en évidence qu'ils présentent des caractéristiques différentes des clones issus des mêmes cépages.These samples correspond to clones 191 from CS and 343 from MN. The integration data show that they have different characteristics from the clones from the same grape varieties.
c) analyse en composantes principales (ACP)c) principal component analysis (PCA)
Cette analyse (ref 6, 7 et 8) permet une analyse des individus (clones) dans un espace à deux dimensions, les individus étant initialement présents dans un espace à N dimensions, N étant le nombre de variables sélectionnées. On étudie ainsi la structure des individus de manière à pouvoir déterminer l'existence possible de groupes et d'anomalies. Les résultats obtenus représentés sur la figure 6, pour F supérieur à 30, montrent que les cépages sont dans l'ensemble bien différenciés.This analysis (ref 6, 7 and 8) allows an analysis of individuals (clones) in a two-dimensional space, the individuals being initially present in an N-dimensional space, N being the number of variables selected. We thus study the structure of individuals so as to be able to determine the possible existence of groups and anomalies. The results obtained represented in FIG. 6, for F greater than 30, show that the grape varieties are on the whole well differentiated.
Les clones à l' intérieur du cépage CS sont également bien différenciés, avec une plus ou moins grande similarité des clones.The clones inside the CS grape are also well differentiated, with more or less great similarity of the clones.
Il n'en est pas de même pour les autres cépages, ce qui résulte vraisemblablement du choix de variables selon le critère du cépage, qui ne sont pas discriminantes pour les clones des cépages CF et MN.It is not the same for the other grape varieties, which probably results from the choice of variables according to the grape variety criterion, which are not discriminating for the clones of the CF and MN grape varieties.
d) analyse factorielle discriminante (AFD) Cette analyse dispose les échantillons dans un espace à deux dimensions de manière à avoir les barycentres des groupes pré-définis (ref 6, 7 et 8) les plus éloignés possibles, ceci en construisant des axes discriminants qui sont des combinaisons linéaires des variables de départ. On rapporte sur la figure 7 les résultats de l'AFD obtenue à partir des données de l'HMBC-GAS (F supérieur à 150). On constate que dans l'ensemble les cépages sont bien séparés.d) discriminating factor analysis (AFD) This analysis arranges the samples in a two-dimensional space so as to have the barycenters of the pre-defined groups (ref 6, 7 and 8) as far apart as possible, this by constructing discriminating axes which are linear combinations of the starting variables. The results of the AFD obtained from the HMBC-GAS data (F greater than 150) are reported in FIG. 7. We note that on the whole the grape varieties are well separated.
Etude des modèles statistiquesStudy of statistical models
Pour valider la technique de discrimination des cépages et des clones, la robustesse des modèles a été testée par des tests statistiques (Test de Jacknife et Validation croisée).To validate the technique of discriminating grape varieties and clones, the robustness of the models was tested by statistical tests (Jacknife test and Cross validation).
Chaque individu a été enlevé successivement, avec remise à la population de départ puis une AFD a été effectuée et les coordonnées de l'individu enlevé ont été calculées à partir des équations discriminantes. On vérifie alors si l'individu est affecté dans le bon groupe. On considère que la technique est validée lorsqu'on obtient des équations discriminantes stables quelque soit l' individu enlevé et que le pourcentage d'individus bien classés est élevé.Each individual was removed successively, with delivery to the starting population, then an AFD was carried out and the coordinates of the removed individual were calculated from the discriminating equations. We then check whether the individual is assigned to the right group. We consider that the technique is validated when stable discriminant equations are obtained regardless of the individual removed and the percentage of well classified individuals is high.
A chaque opération, de nouveaux axes discriminants ont été obtenus :With each operation, new discriminating axes were obtained:
Xl-anVari + ai2Var2 + ... + aιpVarp Xl-anVari + ai2 Var 2 + ... + aι p Var p
χ2--a2iVarl + a22Var2 + ... + a2pVarρχ 2 --a2i Var l + a22 Var 2 + ... + a2p Var ρ
Xn=aniVarl + an2Var2 +... + anpVarPXn = a n i Var l + a n 2 Var 2 + ... + a n p Var P
Xn : axes discriminantsX n : discriminating axes
n : nombre d' individusn: number of individuals
anp : coefficients des axes discriminantsanp: coefficients of the discriminating axes
Varp : piè e variable sélectionnée par ANOVAVar p : variable part selected by ANOVA
A partir de ces données, plusieurs calculs ont été effectués:From this data, several calculations were made:
Pour connaître l'importance des coefficients des modèles et leur stabilité, la moyenne (m) et, l'écart-type (EC) de chaque coefficient ont été calculés.To know the importance of the model coefficients and their stability, the mean (m) and, the standard deviation (EC) of each coefficient were calculated.
Le barycentre de chaque groupe a également été calculé à chaque opération et chaque individu affecté au groupe dont le centre de gravité était le plus proche de lui. On peut calculer ainsi le pourcentage d'individus bien classés à chaque fois et étudier le taux de bon classement et la stabilité du classement pour chaque groupe et pour tous les groupes réunis. Les moyennes (m) et écart-types (EC) des 2 sont donnés ci-après (nombre coefficients des axes 1 et d'individus : 45 données brutes) The barycenter of each group was also calculated with each operation and each individual assigned to the group whose center of gravity was closest to him. We can thus calculate the percentage of individuals classified well each time and study the rate of good classification and the stability of classification for each group and for all the groups combined. The means ( m ) and standard deviations ( EC ) of the 2 are given below ( number of coefficients of axes 1 and of individuals: 45 raw data )
Mo y. Axe 1 Coef. . m Axe 2 Coef. EC Var. EC Var.Mo y. Axis 1 Coef. . m Axis 2 Coef. EC Var. EC Var.
Coef. 1 24.2 3.51 14.5 28.8 3.56 12.4Coef. 1 24.2 3.51 14.5 28.8 3.56 12.4
Ccef. 2 20.5 2.28 11.1 2.75 1.64 59.6Ccef. 2 20.5 2.28 11.1 2.75 1.64 59.6
Coef. 3 13.7 4.17 30.4 42 3.89 9.25Coef. 3 13.7 4.17 30.4 42 3.89 9.25
Coef. 4 20.9 2.51 12 21 2.35 11.2Coef. 4 20.9 2.51 12 21 2.35 11.2
Coef. 5 2.94 2.36 80.3 2.11 2.22 105Coef. 5 2.94 2.36 80.3 2.11 2.22 105
Coef. 6 32.7 2.56 7.82 30.4 2.07 6.83Coef. 6 32.7 2.56 7.82 30.4 2.07 6.83
*_ *. 0.9* _ *. 0.9
Coef. 7 11.4 3.75 23.3 2.54 1Coef. 7 11.4 3.75 23.3 2.54 1
Coef. 8 11.4 3.7 32.5 18.2 3.95 21.6Coef. 8 11.4 3.7 32.5 18.2 3.95 21.6
Coef. 9 13.9 2.15 15.5 5.79 2.19 37.8Coef. 9 13.9 2.15 15.5 5.79 2.19 37.8
Coef.10 23.7 2.17 9.17 5.56 2.68 48.2Coef. 10 23.7 2.17 9.17 5.56 2.68 48.2
Coef.11 4.23 1.34 31.7 12.8 1.84 14.3Coef. 11 4.23 1.34 31.7 12.8 1.84 14.3
Coef.12 4.36 1.44 32.9 5.84 2.08 35.7Coef. 12 4.36 1.44 32.9 5.84 2.08 35.7
Les calculs effectués pour l'HMBC-GAS montrent que pour l'axe 1, les coefficients 1, 2, 4, 6 et 10 sont les plus importants dans le modèle et ont une bonne stabilité (Ecart-types faibles). Compte tenu des valeurs des coefficients, on en déduit que ce sont les variables 22, 25, 28, 32, 37 et 38 qui sont les plus influentes pour la construction de l'axe 1.The calculations performed for the HMBC-GAS show that for axis 1, the coefficients 1, 2, 4, 6 and 10 are the most important in the model and have good stability ( low standard deviations). Given the values of the coefficients, we deduce that these are the variables 22, 25, 28, 32, 37 and 38 which are the most influential for the construction of axis 1.
Pour l'axe 2, les coefficients 1, 3, 4, 6 et 7 sont les plus importants dans le modèle et ont une bonne stabilité (Ecart-types faibles). Compte tenu des valeurs des coefficients, on en déduit que ce sont les variables 22, 27, 28, 32 et 34 qui sont les plus influentes pour la construction de l'axe 2.For axis 2, the coefficients 1, 3, 4, 6 and 7 are the most important in the model and have good stability (low standard deviations). Given the values of the coefficients, we deduce that it is the variables 22, 27, 28, 32 and 34 which are the most influential for the construction of axis 2.
Les pourcentages d'individus bien classés sont de 99,85 pour les CF et les MN et de 100 pour les CS, les clones CF312mg et CF331Mg sont responsables du pourcentage des CF du fait de leur proximité des MN.The percentages of well classified individuals are 99.85 for CFs and MNs and 100 for CSs, the clones CF312mg and CF331Mg are responsible for the percentage of CFs due to their proximity to MNs.
La discrimination des cépages de vigne à 1 'aide des données RMN de l'HMBC-GAS constitue donc bien une technique fiable compte-tenu des résultats statistiques.Discrimination of grape varieties using NMR data from HMBC-GAS is therefore a reliable technique in view of the statistical results.
IV.2 analyse des clonesIV.2 analysis of the clones
Pour la reconnaissance des clones, les cépages ont été analysés séparémment.For the recognition of the clones, the grape varieties were analyzed separately.
- Analyse ANOVA- ANOVA analysis
On rapporte sur les figures 8, 9 et 10, les valeurs de F dans l'analyse de variance, obtenues d'après les spectres RMN HMBC-GAS, respectivement pour les clones des cépages MN, CF et CS.Figures 8, 9 and 10 show the values of F in the analysis of variance, obtained from the NMR spectra HMBC-GAS, respectively for the clones of the grape varieties MN, CF and CS.
On indique ci-après pour chaque cépage la valeur de F sélectionnée et les variables choisies :The value of F selected and the variables chosen are indicated below for each grape variety:
Merlot Noir : F > 10 ; variables choisies : 3, 4, 6, 9, 12, 34, 37 ; Cabernet Franc : F > 30,5 ; variables choisies: 7, 22, 23, 25, 34, 36, 37, 38, 39, 43 ;Merlot Noir: F>10; selected variables: 3, 4, 6, 9, 12, 34, 37; Cabernet Franc: F>30.5; selected variables: 7, 22, 23, 25, 34, 36, 37, 38, 39, 43;
Cabernet Sauvignon : F > 55 ; variables choisies : 3, 6, 7, 9, 39, 45, 47.Cabernet Sauvignon: F> 55; chosen variables: 3, 6, 7, 9, 39, 45, 47.
- Analyse ACP- PCA analysis
Les résultats de l'analyse ACP sur 1 'HMBC-GAS des extraits polyphénoliques de pépins pour MN, CF et CS, sont respectivement rapportés sur les figures 11, 12 et 13.The results of the ACP analysis on the HMBC-GAS of the polyphenolic extracts of seeds for MN, CF and CS, are reported in Figures 11, 12 and 13 respectively.
On constate pour le Merlot Noir une tendance à se regrouper par clone excepté les individus MN 181 bt et MN 346 bt 194.There is a tendency for Merlot Noir to group together by clone except for individuals MN 181 bt and MN 346 bt 194.
Pour le Cabernet Franc, les clones ont tendance à former des groupes avec plus ou moins de similitudes entre eux.For Cabernet Franc, clones tend to form groups with more or less similarities between them.
Les clones différant uniquement par le terroir (312, 331, 332) se différencient très nettement.The clones differing only by terroir (312, 331, 332) differ very clearly.
Dans le cas du Cabernet Sauvignon, on remarque une bonne séparation des clones.In the case of Cabernet Sauvignon, we notice a good separation of the clones.
- Analyse AFD- AFD analysis
Les résultats de 1 'analyse factorielle discriminante sur l'HMBC-GAS des extraits de pépins de raisin sont donnés sur les figures 14, 15, et 16 respectivement pour MN (F > 10), CF (F > 30,5) et CS (F > 55).The results of the discriminating factor analysis on the HMBC-GAS of grape seed extracts are given in Figures 14, 15, and 16 respectively for MN (F> 10), CF (F> 30.5) and CS (F> 55).
On . obtient dans les 3 cas une bonne différenciation des clones. La différenciation des cépages et des clones par intégration des corrélations de l'HMBC-GAS constitue donc bien une technique fiable.We . obtains in the 3 cases a good differentiation of the clones. The differentiation of grape varieties and clones by integrating HMBC-GAS correlations therefore constitutes a reliable technique.
V - Analyse Statistique des données obtenues avec l'HMOC d'une part, avec l'HMOC - HOHAHA. d'autre E__X-t.V - Statistical analysis of the data obtained with the HMOC on the one hand, with the HMOC - HOHAHA. other E__X-t.
On applique les techniques rapportées ci-dessus aux données des spectres de 1 'HMQC et de 1 'HMQC-HOHAHA pour les cépages et les clones.The techniques reported above are applied to the data of the HMQC and HMQC-HOHAHA spectra for grape varieties and clones.
On obtient dans les deux cas une bonne discrimination.In both cases, good discrimination is obtained.
Exemple 2 : Etude d'extraits de feuilles de vigne.Example 2: Study of vine leaf extracts.
On prépare des extraits polyphénoliques de feuilles de vigne à partir des cépages et clones suivants:Polyphenolic extracts of vine leaves are prepared from the following grape varieties and clones:
Cépages Merlot Noir MN clones : 343 et 347Grapes Merlot Noir MN clones: 343 and 347
Cabernet Sauvignon CS clones : 335 et 337Cabernet Sauvignon CS clones: 335 and 337
Cabernet Franc CF clones : 312 et 187Cabernet Franc CF clones: 312 and 187
i. Extraction des polyphénols i. Polyphenol extraction
On fait macérer 50 g de feuilles sèches pendant 24 heures à 1 'abri de la lumière dans 500 ml de mélange acétone/eau (2/3).50 g of dry leaves are macerated for 24 hours, protected from light, in 500 ml of acetone / water mixture (2/3).
On soumet le mélange à une étape de lixiviation lente pendant 1 à 2 heures.The mixture is subjected to a slow leaching step for 1 to 2 hours.
On fait évaporer l'acétone sous pression réduite à 30°C. Un précipité vert composé principalement de chlorophylle et de cires se forme. Pour éliminer les cires et la chlorophylle, on a recours à une étape de centrifugation et à une extraction à l'éther.The acetone is evaporated under reduced pressure at 30 ° C. A green precipitate composed mainly of chlorophyll and waxes is formed. To remove the waxes and chlorophyll, a centrifugation step and an ether extraction are used.
On soumet le mélange à une centrifugation pour séparer les deux phases.The mixture is subjected to centrifugation to separate the two phases.
La solution restante est extraite par de l'éther éthylique (Et2θ) selon le shéma suivant :The remaining solution is extracted with ethyl ether (Et2θ) according to the following diagram:
V Et2θ (ml) AgitationV Et2θ (ml) Agitation
100 10 min100 10 min
100 5 min100 5 min
100 5 min100 5 min
On soumet la phase restante à une étape d'évaporation pour éliminer l'éther résiduel, puis on extrait la solution restante par l'acétate d'éthyle, en opérant comme suit : V AcOEt (ml) Ag:itationThe remaining phase is subjected to an evaporation step to remove the residual ether, then the remaining solution is extracted with ethyl acetate, operating as follows: V AcOEt (ml) Ag: itation
200 10 min200 10 min
100 5 min100 5 min
100 5 min100 5 min
100 5 min100 5 min
100 5 min100 5 min
100 5 min100 5 min
100 5 min100 5 min
100 5 min100 5 min
On évapore ensuite l'acétate d'éthyle sous pression réduite et on reprend le soluté par l'eau pour lyophiliser.The ethyl acetate is then evaporated off under reduced pressure and the solute is taken up in water to lyophilize.
Les extraits polyphénoliques obtenus sont essentiellement formés de flavonoïdes, σuercétine et isoquercitrine, ces composés répondant aux formules suivantes :The polyphenolic extracts obtained are essentially formed of flavonoids, σuercetin and isoquercitrin, these compounds corresponding to the following formulas:
quercétine isoquercitrine quercetin isoquercitrin
Le rendement d'extraction est de 3g/100g de feuilles sèches environ. II Analyse RMNThe extraction yield is approximately 3g / 100g of dry leaves. II NMR analysis
50 mg d'extrait sont dissous dans 0,5 ml de50 mg of extract are dissolved in 0.5 ml of
DMS0-d6. Pour le premier extrait de chaque clone, troisDMS0-d6. For the first extract of each clone, three
HMBC-GAS sont enregistrées, et pour le second extrait, une seule expérience est enregistrée pour vérifier la reproductiblité de la technique d'extraction.HMBC-GAS are recorded, and for the second extract, only one experiment is recorded to verify the reproducibility of the extraction technique.
Les paramètres expérimentaux sont les suivants: . fréquence d'excitation de lH: 500,1412769 MHz et de 13c: 125,7728 MHz; . fenêtre spectrale de lH: 14,489 ppm et deThe experimental parameters are as follows:. 1H excitation frequency: 500.1412769 MHz and 13c: 125.7728 MHz; . 1H spectral window: 14.489 ppm and
13c: 220 ppm.13c: 220 ppm.
Le nombre d'accumulations par expérience est de 12. Chaque interférogramme (FID) est digitalisé sur 2048 points et 512 expériences sont enregistrées dans la dimension 3c. La durée de l'expérience est de 2 h. Les données sont multipliées par une fonction sinusoïdale carrée et subissent une Transformée de Fourier en mode magnitude.The number of accumulations per experiment is 12. Each interferogram (FID) is digitized on 2048 points and 512 experiments are recorded in dimension 3c. The duration of the experience is 2 hours. The data are multiplied by a square sinusoidal function and undergo a Fourier Transform in magnitude mode.
On a représenté sur la figure 17 la carte de RMN obtenue.FIG. 17 shows the NMR map obtained.
III Analyse statistiqueIII Statistical analysis
a) ANOVAa) ANOVA
On rapporte sur la figure 18 les résultats de l'analyse ANOVA des données des spectres de l'HMBC-GAS.The results of the ANOVA analysis of the HMBC-GAS spectral data are reported in FIG. 18.
Les variables les plus discriminantes sont les suivantes (F>60) : N" 113, 115, 117 et 118.The most discriminating variables are the following (F> 60): Nos. 113, 115, 117 and 118.
Ces variables correspondent aux taches de corrélation des 1H à ζj. = 12,5 ppm avec les carbones à _> = 99 ppm.These variables correspond to the correlation spots from 1H to ζj . = 12.5 ppm with carbons at _ > = 99 ppm.
0 = 145 ppm, = 161 ppm et J = 163 ppm. Ces caractéristiques sont celles d'un proton d'un hydroxyle qui est lié par l'etablissemnent d'une liaison hydrogène avec un carbonyle, ce type de protons se retrouve dans les flavonoïdes qui sont les composés majoritaires des extraits de feuilles de vigne.0 = 145 ppm, = 161 ppm and J = 163 ppm. These characteristics are those of a proton of a hydroxyl which is linked by the establishment of a hydrogen bond with a carbonyl, this type of proton is found in flavonoids which are the majority compounds of extracts of vine leaves.
b) Classification hiérarchique.b) Hierarchical classification.
En opérant comme indiqué pour les extraits de pépins de raisin, on obtient une différenciation des cépages, en particulier du cépage CS.By operating as indicated for the extracts of grape seeds, one obtains a differentiation of the grape varieties, in particular of the grape variety CS.
c) Analyses ACP et AFDc) ACP and AFD analyzes
Dans ces deux expériences, réalisées comme indiqué plus haut, les clones sont d'une manière générale bien séparés.In these two experiments, carried out as indicated above, the clones are generally well separated.
Les résultats montrent que les extraits de feuille permettent également de déceler une spécificité du contenu polyphénolique de chaque cépage, ou de chaque clone, puisque des différences apparaissent entre les clones et les cépages. The results show that the leaf extracts also make it possible to detect a specificity of the polyphenolic content of each grape variety, or of each clone, since differences appear between the clones and the grape varieties.
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