Vite e cambiamenti climatici

Lo studio della vite, durante la formazione e la maturazione di frutti carnosi non-climaterici è molto utile per trovare soluzioni efficaci in uno scenario di cambiamenti climatici.

L’ordine e la complessità degli eventi molecolari durante lo sviluppo del frutto rimangono fenomeni ancora poco compresi.

Le aspettative relative all’andamento delle fasi fenologiche nella vite prevedono il manifestarsi di stagioni di crescita sempre più brevi, associate a un inizio anticipato e di una durata più corta delle varie fasi di sviluppo e di maturazione anche dei frutti. 

Vi sarebbero quindi, problematiche associate alla qualità e alla quantità del prodotto finale ottenibile portando ingenti e frequenti perdite economiche. Tali condizioni promuovono anche un differente andamento degli eventi biochimici e molecolari, solitamente caratterizzanti un determinato stage.

L’obiettivo è, dunque, implementare le conoscenze non solo a livello delle tecnologie agricole, ma anche a livello molecolare, cercando di selezionare tutte quelle varietà più affini a sopportare le future avversità e soprattutto per provare a intervenire specificatamente sulle cultivar comunemente impiegate, attraverso innovative tecniche molecolari. 

Tale lavoro di tesi ha come scopo quello di caratterizzare il processo di maturazione del grappolo sia da un punto di vista fisiologico che molecolare valutandolo in due ambienti differenti.

Recentemente uno studio del gruppo di ricerca di Verona ha analizzato i profili trascrittomici degli acini a diversi stadi di sviluppo di due differenti cultivar a bacca rossa, come Cabernet Sauvignon e Pinot Noir. I risultati hanno evidenziato come l’invaiatura potrebbe essere caratterizzata da due transizioni molecolari back-to-back, le quali iniziano in generale 14 giorni prima della veraison. Inoltre, è emerso che ogni transizione al suo interno possiede regolatori positivi e negativi.

La maggior parte dei regolatori positivi di entrambe le transizioni appartiene a specifiche categorie funzionali, quali la risposta al sistema ormonale, il metabolismo legato ai componenti di parete, il metabolismo secondario e l’attività di fattori di trascrizione, una delle categorie più rappresentate. I risultati permettono quindi di associare a quest’ultima categoria una forte influenza nella regolazione della transizione da fase immatura a quella matura.

In questo lavoro di tesi è stato condotto uno studio per confrontare il processo di maturazione della cultivar Chardonnay, in particolare il clone 76, sia da un punto fisiologico che molecolare in due differenti ambienti di crescita, il vigneto e la camera di crescita. I risultati ottenuti sono stati comparati con quelli derivanti dallo studio precedente.

Il vigneto è situato in provincia di Verona, e le condizioni ambientali, quali temperatura, umidità e precipitazioni sono state monitorate tramite una stazione metereologica. La camera di crescita ha permesso di produrre grappoli su talee fruttificanti in condizioni di temperatura, umidità e fotoperiodo controllate. I campionamenti degli acini sono stati effettuati con frequenza settimanale, dall’allegagione alla maturità.  

Dal punto di vista fisiologico i parametri misurati sono stati i seguenti: peso degli acini, grado zuccherino, pH ed acidità. I campioni provenienti dalla camera di crescita hanno mostrato un peso ed un grado zuccherino minore rispetto a quelli allevati in pieno campo. L’acidità non ha mostrato differenze significative nei due ambienti, mentre il pH è aumentato in camera di crescita. Tale effetto si spiega con le condizioni stringenti presenti in tale ambiente. Gli acini a fine maturazione sono risultati essere meno consistenti e più fragili quando prodotti in ambiente controllato.

Il fine di questa tesi è stato quello di identificare e caratterizzare gli eventi molecolari chiave nel controllo della formazione e della maturazione delle bacche. Per questo, sono stati analizzati i profili d’espressione di sei fattori di trascrizione (FT), noti per essere coinvolti nel metabolismo della maturazione della bacca. I FT investigati appartengono alle famiglie geniche NAC, bHLH, AGL e WRKY.

I risultati ottenuti evidenziano differenze significative tra Chardonnay 76 a confronto con Cabernet Sauvignon e Pinot Noir, varietà analizzate in precedenti studi. Il FT VviNAC60 è risultato essere un marcatore della prima transizione dalla fase “bacca verde/immatura” alla fase “inizio maturazione” nelle due condizioni analizzate. Tale studio ha evidenziato che la crescita in ambiente controllato, che è stata rilevata fino al termine della maturazione, influenza l’espressione dei geni VviNAC60, VviSGR1 e VviNAC33, diversamente da quanto avviene nei campioni ottenuti in pieno campo. Si nota infatti un prolungamento nel tempo dell’espressione di tali geni, anche dopo l’invaiatura. L’espressione del FT VviAGLa15 è stata influenzata dalla camera di crescita, in cui si è verificata una maggiore attivazione. Il gene VvibHLH75 ha evidenziato un comportamento in linea con le varietà precedentemente studiate, se non per un anticipo di espressione in camera di crescita. Infine, il FT VviWRKY19, è stato confermato essere un marcatore della prima e della seconda transizione da bacca immatura a bacca matura in entrambe le condizioni. 

In conclusione, si nota quindi un duplice effetto causato dalla camera di crescita: per alcuni geni si evince un prolungamento nel tempo dell’espressione mentre per altri si registra un anticipo nell’attivazione di essi. Restano da approfondire ed indagare le relazioni gerarchiche d’attivazione tra i fattori di trascrizione analizzati.

In conclusione, questo lavoro conferma che il protocollo sperimentale adottato possa diventare un modello per studiare e prevenire gli effetti causati dai cambiamenti climatici. I risultati e i protocolli adottati e ottenuti in questo lavoro possono essere estesi ad altre cultivar. Per esempio, la varietà Glera ha mostrato buoni risultati dal punto di vista fisiologico nella camera di crescita.

L’approccio utilizzato in questo lavoro potrebbe essere utilizzato per il monitoraggio di ulteriori geni e dei rispettivi regolatori, per valutare l’influenza ambientale sulla loro interazione. Inoltre, i risultati prodotti indicano che le talee fruttificanti in camera di crescita sono un sistema sperimentale adatto per valutare l’impatto dei futuri cambiamenti climatici sulle piante.

In futuro, tale protocollo sperimentale potrebbe diventare utile anche per confrontare la differente espressione di specifici geni a partire da piante mantenute in condizioni controllate diverse, arrivando così ad associare ad un singolo parametro ambientale la differente espressione di un singolo gene. Una volta individuati geni candidati, si potrebbe ipotizzare l’utilizzo dell’editing genomico su quei geni che nella vite modulano la risposta della pianta all’incremento della temperatura.

L’obiettivo sarebbe quello di limitare in questo modo l’eccessiva accelerazione del processo di maturazione, ed evitare il disaccoppiamento temporale tra maturazione tecnologica e fenolica. 

Tesi di laurea di Alessandro Aloisi