Efecto de ácido abscísico y giberelina A3 sobre la anatomía de tejidos vasculares y la expresión génica de transportadores de azúcares en plantas de vid (Vitis vinifera L.) cv. Malbec

La calidad de los vinos es dependiente de la calidad de las bayas, y ésta, a su vez, es dependiente de la acumulación y metabolismo de azúcares. Se conoce que el ácido abscísico (ABA) y las giberelinas (GAs) regulan la acumulación de carbohidratos en muchos cultivos de importancia económica, pero los mecanismos por los cuales sucede aún se desconocen. El trabajo desarrollado en la presente tesis tuvo como objetivo principal determinar si la mayor concentración de azúcares en bayas de vid (Vitis vinifera L.) cv. Malbec, mediada por ABA y GAs, se debe a una modificación en la carga floemática de órganos fuentes (hojas), en el área del floema y/o en la expresión de genes que codifican para transportadores de azúcares. Para lograr el objetivo propuesto, se planteó un experimento con plantas de vid (Vitis vinifera L.) cv. Malbec en macetas sometidas a condiciones de campo y asperjadas con ABA (250 mg L-1) y ácido giberélico (GA3, 500 mg L-1). Se midieron variables de crecimiento, fisiológicas, bioquímicas, anatómicas y expresión de genes. En ambos tratamientos se observó una mayor concentración de sacarosa en las hojas, en envero, y una disminución significativa en la expresión relativa de los genes que codifican para transportadores de azúcares en dicho tejido. Además, las plantas tratadas con GA3 presentaron un crecimiento exacerbado de la parte aérea coincidente con una mayor partición de fotoasimilados hacia el tallo de las mismas. Por su parte las aplicaciones con ABA favorecieron el transporte de carbono hacia las bayas durante envero, coincidente con la sobre-expresión de los genes VvHT2, VvHT3 y VvHT6. Debido a este comportamiento diferencial, el tratamiento con ABA aceleró el inicio de la maduración de las bayas mientras que el tratamiento con GA3 lo retrasó. Contrariamente, las bayas tratadas con GA3 mostraron las mayores concentraciones de monosacáridos en post-envero, en correlación con la sobre-expresión de los genes VvHT2 y VvHT3. Por otro lado, ambos tratamientos incrementaron el área del floema y xilema en la nervadura central de las hojas, en tallos y en el pedicelo de las bayas. Como conclusión, se postula que la estimulación del transporte de carbono hacia las bayas y tallos mediada por ABA y GA3 respectivamente, fue producto de modificaciones en la concentración de carbohidratos no estructurales en hojas, en el área del tejido floemático como así también de la expresión de los transportadores de azúcares en las bayas.

Estudio comparativo de la respuesta agronómica y enológica de los cultivares tintos de vid (Vitis vinifera L.) Mencía, Pinot noir y Tempranillo en dos situaciones de alimentación hídrica

El objetivo de este trabajo ha sido conocer la adaptación agronómica y la aptitud enológica de tres cultivares tintos de vid (Vitis vinifera L.) Mencía, Pinot noir y Tempranillo en dos situaciones de alimentación hídrica. Para una viticultura sostenible en ambientes de menor oferta hídrica es necesario identificar cultivares con caracteres de tolerancia y de adaptación a la sequia. Para ello, se ha evaluado el desarrollo vegetativo, la fisiología, el rendimiento y sus componentes, los parámetros básicos del mosto en vendimia y el análisis del vino. El parámetro más relevante para evaluar las diferencias vegetativas entre los cultivares fue el potencial hídrico foliar a primera hora de la mañana (9h UTC). En base a estos resultados, el cultivar que mayor crecimiento vegetativo presenta es Tempranillo, no adaptándose a zona cálida. Presenta una elevada eficiencia en el incremento de riego lo que se traduce en un aumento de producción de cosecha. Sin embargo se ve limitado en zonas con restricción hídrica por lo que se aconseja cultivar en zonas más frescas. Mencía tiene comportamiento moderado. Tiene un rendimiento considerable pero sus características enológicas aportan menor pH y menor color que Tempranillo. Sin embargo, Pinot noir aunque produce menos cosecha, tiene un ciclo de cultivo más corto y escaso color. Se recomienda combinarlos con otros cultivares para mitigar sus diferencias. La respuesta frente al déficit hídrico es muy lábil pues un pequeño aporte de agua produce importantes incrementos de cosecha (25%), lo que hace que la vid sea una planta muy eficiente en zonas áridas. Se recomienda un cierto grado de restricción en la alimentación hídrica para obtener un mayor contenido en compuestos fenólicos. El régimen hídrico influyó en el contenido de polifenoles y en el color del vino, pero no así en los parámetros básicos delmosto.

Efectos de las diferentes estrategias de riego en la composición del vino y su perfil sensorial (Vitis vinifera L., cv. Cabernet sauvignon)

La preocupación por las consecuencias que puede ocasionar a la viticultura el cambio climático, se ven reflejadas en muchos de los estudios que existen en los últimos años. En las actuales zonas de producción, estos cambios podrían tener importantes consecuencias, tanto en la calidad de la uva como en su potencial productivo. El objetivo marcado en este ensayo, consistió en evaluar como el déficit hídrico en climas secos afectó a la calidad y composición de sus vinos. El diseño experimental se llevó a cabo en un viñedo comercial de la variedad Cabernet sauvignon, en Madrid, en 2010 y 2011. Los tratamientos fueron: i) déficit moderado continuo, (T0,45-0,6), ii) déficit severo continuo (T0-0,3), iii) déficit severo post-envero (T0,45-0,3), iv) déficit severo pre-envero (T0-0,6). Se microvinificaron los cuatro tratamiento y los vinos resultantes fueron analizados y evaluados organolépticamente. Los resultados mostraron que la calidad organoléptica de los vinos no se vio afectada por el déficit, pero si por el efecto año, y sólo la concentración en ácido málico fue un factor diferenciador.

Fruit Development in Trillium1 : Dependence on Stem Carbohydrate Reserves

Leaves are the main source of carbon for fruit maturation in most species. However, in plants seeing contrasting light conditions such as some spring plants, carbon fixed during the spring could be used to support fruit development in the summer, when photosynthetic rates are low. We monitored carbohydrate content in the rhizome (a perennating organ) and the aboveground stem of trillium (Trillium erectum) over the entire growing season (May–November). At the beginning of the fruiting stage, stems carrying a developing fruit were harvested, their leaves were removed, and the leafless stems were maintained in aqueous solution under controlled conditions up to full fruit maturation. These experiments showed that stem carbohydrate content was sufficient to support fruit development in the absence of leaves and rhizome. This is the first reported case, to our knowledge, of complete fruit development sustained only by a temporary carbohydrate reservoir. This carbohydrate accumulation in the stem during the spring enables the plant to make better use of the high irradiances occurring at that time. Many other species might establish short-term carbohydrate reservoirs in response to seasonal changes in growing conditions.

Stability of Ampelometric Characteristics of Vitis vinifera L. cv. 'Syrah' and 'Sauvignon blanc' Leaves: Impact of Within-vineyard Variability and Pruning Method/Bud Load

Historically, grapevine (Vitis vinifera L.) leaf characterisation has been a driving force in the identification of cultivars. In this study, ampelometric (foliometric) analysis was done on leaf samples collected from hand-pruned, mechanically pruned and minimally pruned ‘Sauvignon blanc’ and ‘Syrah’ vines to estimate the impact of within-vineyard variability and a change in bud load on the stability of leaf properties. The results showed that within-vineyard variability of ampelometric characteristics was high within a cultivar, irrespective of bud load. In terms of the O.I.V. coding system, zero to four class differences were observed between minimum and maximum values of each characteristic. The value of variability of each characteristic was different between the three levels of bud load and the two cultivars. With respect to bud load, the number of shoots per vine had a significant effect on the characteristics of the leaf laminae. Single leaf area and lengths of veins changed significantly for both cultivars, irrespective of treatment, while angle between veins proved to be a stable characteristic. A large number of biometric data can be recorded on a single leaf; the data measured on several leaves, however, are not necessarily unique for a specific cultivar. The leaf characteristics analysed in this study can be divided into two groups according to the response to a change in bud load, i.e. stable (angles between the veins, depths of sinuses) and variable (length of the veins, length of the petiole, single leaf area). The variable characteristics are not recommended to be used in cultivar identification, unless the pruning method/bud load is known.

Effetti della defogliazione tardiva sulla composizione della bacca di Sangiovese (Vitis vinifera L.) in un vigneto biologico

In a context of climatic change, where high temperatures are frequent in the first phases of ripening, protecting bunches from solar radiation is essential to preserve berry colors. This thesis reports data collected in 2015 within a 3-year experiment conducted in Tebano (Faenza, Italy) in an organically-managed vineyard. Vines of cv Sangiovese submitted to post-veraison (15 Brix), pre-harvest late defoliation and post-veraison shoot positioning were compared with untreated controls. Treatments did not modify berry skin anthocyanins and flavonols, berry weight, soluble solids, pH, titratable acidity. Data are discussed in terms of the relevance of preserving berry skin anthocyanins and increasing berry skin flavonols through sustainable agronomic approaches for improving the color of young (co-pigmentation) and older (formation of polymeric pigments) wines. The benefits of late defoliations as an effective tool against Botrytis cluster rot are also discussed.

Applicazione di un protocollo di screening differenziale nel sistema Vitis vinifera per l’identificazione di peptidi con attività antimicrobica

Le piante e gli animali presentano elementi comuni nel loro sistema di difesa contro gli agenti patogeni, come la sintesi diretta di enzimi idrolitici (chitinasi, glucanasi, proteinasi e ossidasi) e di peptidi antimicrobici (AMPs). Gli AMPs sono peptidi ampiamente espressi negli organismi animali (vertebrati e invertebrati) e nelle piante. Possono essere espressi costitutivamente o rapidamente indotti inseguito ad uno stimolo biotico, a differenti livelli cellulari, per interagire direttamente con l’agente infettante e/o per modulare la risposta immunitaria contro i patogeni. Tali peptidi sono oggi classificati in relazione alle loro caratteristiche biochimiche (carica netta) e/ o alle loro caratteristiche strutturali (composizione amminoacidica, struttura lineare o circolare). In base a queste caratteristiche le molecole possono essere distinte nei seguenti gruppi: 1) peptidi lineari ad alfa elica; 2) peptidi ciclici con β-sheets e due o più ponti disolfuro; 3) peptidi con alfa elica e β-sheets stabilizzati da ponti disolfuro; 4) peptidi con hairpin o loop stabilizzati da ponti disolfuro; 5) peptidi lineari con residui aminoacidici ripetuti, come prolina, glicina, triptofano o istidina; 6) piccoli peptidi con struttura avvolta o con una struttura secondaria non definita. Nonostante la loro diversità strutturale, i peptidi antimicrobici presentano la caratteristica comune di inibire la crescita di un largo spettro di microbi, quali Gram-positivi, Gram-negativi, funghi e in alcuni casi anche virus, tanto da far coniare il termine di “antibiotici naturali”. Negli ultimi anni è notevolmente incrementato l’interesse verso tali peptidi dal momento che dati scientifici hanno mostrato che questi non inducono lo sviluppo di meccanismi di resistenza nei microrganismi patogeni. Gli AMPs quindi potrebbero costituire una valida alternativa non solo in ambito sanitario, per la sostituzione di antibiotici di sintesi chimica e di origine microbiologica, ma potrebbero avere un importante utilizzo in campo industriale e nello sviluppo di nuovi sistemi di conservazione degli alimenti al fine di incrementare la loro “shelf-life”.

Pesquisa de fungos endofíticos presentes em videira (Vitis vinifera L.) com capacidade para inibir o crescimento do agente causal da podridão negra (Guignardia bidwellii)

Neste trabalho testou-se o potencial antagonista de 16 fungos endofíticos isolados de videiras (Vitis vinifera L.), de castas representativas do Alentejo produzidas em modo de proteção integrada e em modo biológico, contra Guignardia bidwellii. Os isolados identificados após ITS-PCR e sequenciação pertencem aos géneros Epicoccum, Alternaria, Botrytis, Athelia, Phoma e Gibberella. Os isolados testados mostraram atividade antagonista contra G. bidwellii quer por inibição direta, quer através da produção de compostos voláteis, à exceção dos dois isolados de B. cinerea. No entanto, todos os isolados produziram alguns compostos voláteis com reconhecida atividade antimicrobiana, tais como benzaldeído, 3-metil-1-butanol e derivados de ácido propanoico. Foi ainda observado que seis dos isolados produziram também metabolitos não voláteis com capacidade de inibir o crescimento de G. bidwellii. Os resultados obtidos vêm mostrar o potencial dos fungos endofíticos como agentes de luta biológica no controlo de G. bidwellii, podendo constituir novas alternativas no âmbito de Proteção de Plantas; ABSTRACT: Endophytic fungi present in grapevines (Vitis vinifera L.) with the ability to inhibit the growth of the causal agent of black rot (Guignardia bidwellii) In this work the antagonistic potential of 16 endophytic grapevine fungi isolates (Vitis vinifera L.), from representative cultivars of the Alentejo region produced either under integrated pest management or organic mode, was tested against Guignardia bidwellii. Isolates were identified through ITS-PCR and sequencing, as belonging to the genera Epicoccum, Alternaria, Botrytis, Athelia, Phoma and Gibberella. Isolates showed antagonist activity against G. bidwellii either by direct inhibition or through the production of volatile compounds, with the exception of two isolates of B. cinerea. Nevertheless, all isolates produced volatile compounds with known antimicrobial activity such as benzaldehyde, 3-methyl-1-butanol and propionic acid derivatives. Additionally, six isolates produced non-volatile metabolites with the ability to inhibit G. bidwellii growth. These results show the potential that endophytic fungi have as agents for biological control of G. bidwellii, opening new options in the field of Plant Protection.

Shaping the Dicot Fruit: Molecular and Genomic Approaches to Fruit Development

The fruit is one of the most complex and important structures produced by flowering plants, and understanding the development and maturation process of fruits in different angiosperm species with diverse fruit structures is of immense interest. In the work presented here, molecular genetics and genomic analysis are used to explore the processes that form the fruit in two species: The model organism Arabidopsis and the diploid strawberry Fragaria vesca. One important basic question concerns the molecular genetic basis of fruit patterning. A long-standing model of Arabidopsis fruit (the gynoecium) patterning holds that auxin produced at the apex diffuses downward, forming a gradient that provides apical-basal positional information to specify different tissue types along the gynoecium’s length. The proposed gradient, however, has never been observed and the model appears inconsistent with a number of observations. I present a new, alternative model, wherein auxin acts to establish the adaxial-abaxial domains of the carpel primordia, which then ensures proper development of the final gynoecium. A second project utilizes genomics to identify genes that regulate fruit color by analyzing the genome sequences of Fragaria vesca, a species of wild strawberry. Shared and distinct SNPs among three F. vesca accessions were identified, providing a foundation for locating candidate mutations underlying phenotypic variations among different F. vesca accessions. Through systematic analysis of relevant SNP variants, a candidate SNP in FveMYB10 was identified that may underlie the fruit color in the yellow-fruited accessions, which was subsequently confirmed by functional assays. Our lab has previously generated extensive RNA-sequencing data that depict genome-scale gene expression profiles in F. vesca fruit and flower tissues at different developmental stages. To enhance the accessibility of this dataset, the web-based eFP software was adapted for this dataset, allowing visualization of gene expression in any tissues by user-initiated queries. Together, this thesis work proposes a well-supported new model of fruit patterning in Arabidopsis and provides further resources for F. vesca, including genome-wide variant lists and the ability to visualize gene expression. This work will facilitate future work linking traits of economic importance to specific genes and gaining novel insights into fruit patterning and development.

Manejo da poda e de indutores de brotação em diferentes cultivares Vitis vinifera na região da Campanha Gaúcha.

A vitivinicultura no Rio Grande do Sul tem reconhecimento no cenário enológico nacional e a Campanha Gaúcha tem sua participação neste processo. Com vinhedos implantados na década de 70, no município de Santana do Livramento- RS, para produção de uvas finas, a região tem apresentado crescente desenvolvimento com instalação de novas vinícolas. Apesar dos benefícios climáticos, a Campanha apresenta invernos irregulares, tanto na distribuição como na qualidade do frio, provocando brotações irregulares, baixa produtividade e desuniformidade na produção dos vinhedos. Buscando novas tecnologias para melhorar a qualidade de brotação e consequente qualidade produtiva, o presente trabalho objetivou avaliar o comportamento de brotação de diferentes cultivares de Vitis vinifera em relação às diferentes épocas de poda com a interação de indutores químicos de brotação.

Brotação de clones da cultivar Moscato Branco (Vitis vinifera) submetidas a diferentes períodos de frio durante a endodormência.

A videira é uma planta caducifólia, perde suas folhas e inicia a endodormência com as primeiras horas de frio (HF, horas em temperatura <7,2°C) no outono. Portanto, suprindo a exigência de HF, que pode ser distinta entre genótipos, a planta tende a uma brotação plena e uniforme e pode ser um parâmetro de seleção para as condições locais de cultivo. O trabalho tem por objetivo caracterizar a evolução do potencial de brotação de clones de Moscato Branco ao longo do período da endodormência.

Épocas de poda e uso de cianamida hidrogenada na brotação de videiras "Merlot" (Vitis vinifera L.) na Região da Campanha Gaúcha.

A Campanha Gaúcha vem sendo classificada entre as regiões vitivinícolas mais promissoras no Rio Grande do Sul, especialmente pelas suas condições edafoclimáticas com maior restrição hídrica e drenagem do solo. Apesar do início da vitivinicultura nesta região datar da década de 70, a maior intensificação dos plantios e produção ocorreu nos últimos dez anos, porém sem muitos subsídios técnicos. Os objetivos deste trabalho foram avaliar os efeitos da antecipação da poda hibernal e concentrações de cianamida hidrogenada (CH) sobre o potencial produtivo da uva ?Merlot?/SO4 conduzida nos sistemas de poda Guyot Duplo (DG) e Cordão Esporonado (CE).

Effects and Modes od Action of Canopy Management Practices on Vine Physiology and Berry Composition in Organically-Cultivated cv. Sangiovese (Vitis Vinifera L.)

In organic and biodynamic vineyards, canopy management practices should be carefully and timely modulated, particularly in a context of climate change, for successfully achieving balanced plants, ventilated and exposed berries, elevated grape and wine quality. In 2013 and 2014, characterized by contrasting climatic conditions, the implications of post-veraison (late) or pea-size trimming, post-veraison or pre-harvest late defoliations and shoot-positioning (post-veraison) were assessed against long-shoots non treated controls, under field conditions on organically-cultivated cv. Sangiovese. The key agronomic and enological relevance of late trimming and defoliations clearly emerged in both seasons. Berry skin phenolics (e.g. anthocyanins, flavonols) increased markedly, without changes in technological parameters. In case of early trimming, such positive effects were observed only in 2013. Maintaining long shoots for shading decreased anthocyanins, flavonols and total phenolics concentrations and promoted the production of compact bunches. Experimental data strongly designated late trimming, a practice proved to contain yield and bunch compactness, as a valuable alternative to cluster thinning. Late trimming, defoliations and shoot positioning reduced the severity of Botrytis cluster rot. The highest levels of berry skins phenolic compounds in late trimmed and defoliated plants could have contributed control the severity of this pathogen. The enological benefits induced by late trimming and defoliations and shoot positioning emerged in both young and aged wines. For the first time, cell cultures from cv. Sangiovese berry tissues were obtained and enabled to investigate, in controlled conditions, the relations between mechanisms regulating secondary metabolism in grapevine cells and changes induced by environmental and agronomic factors. The Doctoral Dissertation strongly highlights the need to consider, for a proper interpretation of the multiple modifications induced by canopy management strategies, physiological mechanisms other than the canonic source-sink relationships, in particular their impact on the vine hormonal status.

CONSOCIAZIONE DI CULTIVARS DI Vitis vinifera CON LA CULTIVAR "ISABELLA" (Vitis vinifera x Vitis labrusca) IN FARI AGROECOLOGICI

Il massiccio utilizzo di fungicidi in Viticoltura e i loro effetti negativi sulla salute dell’uomo e dell’ambiente sollecitano lo sviluppo di strategie agronomiche e di sistemi agrari innovativi. Il Lavoro di Tesi ha investigato l’influenza della cv Isabella su cultivars di Vitis vinifera in campo, in Fari Agroecologici, sistemi agrari frutto di una gestione partecipativa. L'esperimento ha dimostrato, per la prima volta, che la cultivar Isabella, nota per la sua tolleranza ai principali patogeni fungini, può contenere l’Incidenza della peronospora in cultivars di Vitis vinifera consociate e contigue. Studi precedenti dimostrano che i VOCs emessi dalla cv Isabella sono in grado di ridurre la presenza di patogeni fungini. La ricerca pioneristica ha evidenziato il ruolo chiave della biodiversità nella gestione dell’ecosistema vigneto, nella prospettiva della progettazione di sistemi viticoli agroecologici.

Mineral stress response of Vitis cell wall transcriptome: identification, characterization and expression of genes from key families involved in wall biosynthesis and modification

Doutoramento em Engenharia Agronómica - Instituto Superior de Agronomia - UL