Atividade fotossintética do bago de uva (Vitis vinifera, cv. Alvarinho) ao longo do desenvolvimento dos cachos em diferentes microambientes de luz

Dissertação de mestrado em Biologia Molecular, Biotecnologia e Bioempreendedorismo em Plantas

Alguns frutos, como é o caso do bago de uva (Vitis vinifera L.), apresentam atividade fotossintética durante uma fase do seu desenvolvimento, tendo-se demonstrado uma diferenciação na competência fotossintética dos diferentes tecidos do bago (Breia et al., 2013a). O papel da fotossíntese no fruto não está ainda esclarecido, prevendo-se que possa contribuir para a produção de compostos orgânicos, importantes no desenvolvimento do fruto e da semente. O desenvolvimento, a composição em metabolitos e a qualidade das uvas dependem de fatores edafo-climáticos da região de cultivo. No presente estudo pretendeu-se estudar a influência da intensidade luminosa de crescimento na atividade fotossintética de tecidos dos bagos de uva (Alvarinho) ao longo do seu desenvolvimento e de que modo esta função se interliga com o metabolismo secundário do bago. Na vinha foram selecionados e caracterizados três microambientes de crescimento – zonas mais internas e ensombradas (LL), intermédias (ML) e zonas mais externas e luminosas da copa (HL) - e analisados cachos amostrados desde a fase verde à madura. A técnica de fluorometria de pulso de amplitude modulada (PAM) de imagem foi utilizada para estudar a fotossíntese dos tecidos mais fotossintéticos do bago, o exocarpo e o tegumento externo da semente. A resposta de bagos crescidos nos diversos microambientes a diferentes intensidades de luz de aclimatação de curto-prazo (short-time acclimation) foi igualmente avaliada. Ambos os tecidos mostraram eficiência quântica máxima (Fv/Fm), capacidade (ETRm) e eficiência fotossintéticas (α) elevadas nas fases verdes. Em particular, o tegumento revelou uma atividade fotossintética mais elevada que o exocarpo em cachos de ML e na fase verde. Contudo, enquanto os exocarpos mantiveram os valores até a fases mais avançadas do desenvolvimento, os tegumentos das sementes sofreram um enorme decréscimo destes parâmetros na fase de amadurecimento. O microambiente luminoso teve um efeito muito significativo na competência fotossintética das uvas. Por exemplo, em LL, ambos os tecidos apresentaram consistentemente menores atividades fotossintéticas em todas as fases, maior suscetibilidade à fotoinibição e falta de resposta à luz de aclimatação, revelando provavelmente imaturidade cloroplastidial. Ensaios de otimização permitiram estabelecer um protocolo para a determinação da atividade da enzima PAL em tecidos isolados do bago. Os resultados obtidos revelaram uma relação entre as atividades fotossintética e a da enzima PAL consistentes com um papel da fotossíntese no metabolismo secundário da semente. Estudos adicionais permitiram o estabelecimento de culturas in vitro de calli com elevado potencial fotoquímico (Fv/Fm), obtidos de explantes de exocarpo, permitindo o estabelecimento de linhas celulares fotomixotróficas e estudos futuros em condições controladas. Globalmente, estes resultados sugerem funções distintas da fotossíntese nos dois tecidos e que o ambiente luminoso do crescimento das uvas na copa condiciona o perfil fotossintético dos tecidos e o seu metabolismo, com impacto no desenvolvimento e qualidade das uvas.

Some fruits, such as grape berry (Vitis vinifera L.), present photosynthetic activity during a phase of its development, and different photosynthetic competences were shown among different tissues of the grape berry (Breia et al., 2013a). The role of fruit photosynthesis is not yet clear, it is argued that may contribute to the production of organic compounds, important in the development of the fruit and seed. The development, composition in metabolites and grape berry quality of grapes depend on soil and climatic conditions of the growing region. The main objective of this work was to study the influence of light intensity of fruit growth environment in the photosynthetic tissues of the grape berry (Alvarinho) throughout its development and how this function is related with the secondary metabolism of the berry. In the vineyard three growth microenvironments were selected and characterized - innermost and shaded areas (LL), intermediate (ML) and outer cup (HL) - and bunches sampled from the young green stage to the mature stage were analyzed. Pulse amplitude modulated (PAM) imaging fluorometry was the technique used to study the photosynthesis of the exocarp and the outer integument of the seed, the most photosynthetic tissues of grape berry. The photosynthetic response of grape berries grown in different light microenvironments to different short-time acclimation light intensities was also evaluated. Both tissues showed high maximum quantum efficiency (Fv/Fm), photosynthetic capacity (ETRm) and efficiency (α) at the green phase. In particular, the seed coat revealed a higher photosynthetic activity than the exocarp in ML clusters at the green phase. However, while the exocarps values were maintained until later stages of development, the seed teguments suffered a sharp decrease in these parameters after the green phase. The light microenvironment had a significant effect on the photosynthetic competence of grapes. For example, in LL, both photosynthetic tissues consistently showed lower activity in all phases, higher susceptibility to photoinhibition and a lack of response to light acclimation, probably revealing chloroplast immaturity. Optimization trials succeeded in establishing a protocol for the determination of PAL enzyme activity in isolated tissues of the berry. The results revealed a relationship between photosynthetic activity and PAL activity consistent with a role of photosynthesis in seed secondary metabolism. Further studies allowed the establishment of in vitro cultures of calli with high photochemical potential (Fv/Fm), obtained from explants exocarp, allowing the establishment of photomixotrophic cell lines and future studies under controlled conditions. Overall, these results suggest distinct functions of photosynthesis in the two tissues and that the cluster light microenvironment in the canopy affects the photosynthetic profile of both tissues and their metabolism with potential impact on grape berry development and quality.