Interactive effects of grapevine leafroll associated virus-3 (GLRav-3) and water stress on the gas exchange, water use efficiency, plant hydraulics and metabolism in local grapevine cultivars
- Autores: Hanan El Aou Ouad
- Directores de la Tesis: Alicia Pou Mir (dir. tes.), Josefina María Bota Salort (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de les Illes Balears ( España ) en 2017
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Hipólito Medrano Gil (presid.), Enrico Cretazzo (secret.), Luis Gonzaga Santesteban García (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Biología de las Plantas
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RepositoriUIB
- Resumen
- español
A escala mundial, la producción agrícola sigue estando limitada por una serie de estreses abióticos y bióticos. En las zonas de clima mediterráneo, es muy probable que, en un futuro próximo, la duración, la frecuencia y/o la intensidad de la sequía aumenten.
De esta forma, en el mediterráneo, el déficit hídrico se considera el principal factor ambiental limitante del crecimiento de la vid. Al mismo tiempo, el cultivo de la vid está expuesto a diferentes enfermedades provocadas por virus, de los cuales el virus del enrollado 3 (GLRaV-3) es uno de los más extendidos, provocando importantes pérdidas económicas en muchos viñedos de grandes regiones vitícolas de todo el mundo. La identificación de cómo se integran las respuestas de diferentes estreses en la viña y también de cómo están afectando el crecimiento y la fisiología de las plantas es, por tanto, de gran interés para garantizar la continuidad del cultivo de la vid. El primer objetivo de esta tesis es estudiar el estado sanitario de las variedades minoritarios de la vid y destacar la incidencia del GLRaV-3 en las variedades locales de vid. Los resultados obtenidos han puesto de manifiesto que la incidencia de los virus es muy alta (91,75%) en las variedades locales de vid conservadas en la colección de germoplasma de las Islas Baleares. Sorprendentemente, en esta colección, GLRaV-3 es el virus que mostró una mayor incidencia (82%). En este sentido, instamos a la rápida aplicación de técnicas adecuadas de saneamiento para obtener plantas certificadas libres de virus. Por ello, se han optimizado dos técnicas de saneamiento " cultivo in vitro de ápices caulinares y la combinación de termoterapia y cultivo in vitro de ápices caulinares‖ para la erradicación de las infecciones víricas dobles y triples de dos cultivares locales de gran potencial enológico, Argamussa y Gorgollassa.
El segundo objetivo principal de esta tesis es explorar los efectos del estrés hídrico, la infección vírica y la combinación de ambos sobre los principales procesos fisiológicos de dos variedades locales de vid, Malvasia de Banyalbufar y Giró Ros. Cada uno de los dos estreses estudiados resultó en un efecto negativo sobre los parámetros de intercambio gaseoso foliar. El estrés hídrico in plantas sanas (WS-NI) redujo significativamente el crecimiento de las plantas y la asimilación neta de CO2 (AN), pero solo demostró tener un efecto reducido sobre los niveles metabólicos, indicando en este caso, que los cambios de AN durante el WS se ven limitados por factores difusivos (la conductancia estomática (gs) y del mesofilo (gm)). Respecto a las plants infectadas en condiciones de riego (WW-VI) las correlaciones obtenidas entre los parámetros fisiológicos (AN, gs y gm), la concentración de virus y los metabolitos sugiere firmemente que el GLRaV-3 afecta a la AN mediante limitaciones difusivas más que bioquímicas. En este caso, la conductancia estomática fue regulada principalmente por la conductancia hidráulica a nivel foliar, concretamente conductancia hidráulica de hoja (Kleaf) y pecíolo (Kpetiole). En este trabajo, Kpetiole resultó ser el parámetro más relevante para estudiar el efecto de los virus sistémicos de tipo floemático sobre la hidráulica de la planta. Notablemente, los resultados de esta tesis indican que el estrés combinado tuvo un efecto negativo sobre el crecimiento y la fisiología de la vid; pero no se destacó ninguna interacción entre WS y VI. Por el contrario, la combinación de los dos estreses subrayó una respuesta específica a nivel metabólico, no pudiéndose predecir cuantitativamente este efecto en base a la suma de cada uno de ellos. Los cambios observados en los metabolitos primarios se asociaron estrechamente con el metabolismo respiratorio. De hecho, el ajuste específico del metabolismo respiratorio (-i.e, cisteína, treonina, fumarato y eritronato 1,4-lactona) podría explicar potencialmente el mantenimiento del balance de carbono foliar y el crecimiento de las variedades estudias bajo condiciones de estrés combinado. En la presente tesis, hemos revelado la importancia de estudiar las interacciones vid-virus-estrés hídrico en condiciones de campo, particularmente en las variedades blancas donde las infecciones son asintomáticas y difíciles de identificar. Para completar este trabajo, sería interesante realizar un experimento con diferentes concentraciones de virus en un mayor número de cultivares y así confirmar si el efecto del virus depende de la concentración y/o si hay una diferencia en la susceptibilidad entre los cultivares.
- English
Worldwide, agriculture production continues to be constrained by a number of abiotic and biotic stresses. In areas with Mediterranean climate, drought events are expected to strengthen in terms of intensity, frequency and duration in the near future. Thus, in this area, soil water deficit is considered the main environmental factor influencing grapevine growth. At the same time, grapevines are highly subjected to different viruses from which Grapevine leafroll associated virus-3 (GLRaV-3) is one of the most widespread ones, provoking considerable economic losses in many vineyards worldwide. The identification of how different stress responses are integrated and how they affects plant growth and physiological traits, is therefore very important to ensure the continuity of vine growing. The first main objective of the present thesis was to study the sanitary status of Majorcan minority grapevines cultivars and to highlight the prevalence of GLRaV-3 in local cultivars. In this sense, the results showed that virus incidence is very high and can rise up (91.75 %) in the local grapevine cultivars conserved in the germplasm collection of the Balearic Islands. Remarkably, GLRaV-3 is the most prevalent virus in this collection (82 %). This situation urges a speedy implementation of the sanitation techniques in order to obtain virus-free certified plants.
Hence, two sanitation techniques ―shoot tips culture and thermotherapy in combination with shoot tips culture‖ have been optimized for double and triple viruses‘ eradication from two local cultivars with high enological potential, Argamussa and Gorgollassa.
The second main objective was to dissect the effects of virus infection, moderate water stress and its combination on main physiological processes in two local grapevine cultivars, Malvasia de Banyalbufar and Giró Ros. Each of the two studied stresses resulted in a negative effect on leaf gas-exchange parameters. Water stress in noninfected plants (WS-NI) significantly reduced plant growth and net CO2 assimilation (AN) but had only small effect on metabolic changes, indicating that AN changes were mainly constrained by diffusive parameters (stomatal (gs) and mesophyll (gm) conductance‘s). With regard to virus infection under well-watered conditions (WW-VI), the results also revealed that GLRaV-3 impaired AN through diffusional limitations rather than biochemical ones. In this case, stomatal conductance was mainly regulated by changes in hydraulic conductance at leaf level, namely leaf (Kleaf) and petiole (Kpetiole) hydraulic conductance, in which Kpetiole resulted to be the most relevant parameter to be checked when studding the effect of phloemetic viruses in plant hydraulics. Remarkably, the results of this thesis indicate that the combined stress resulted in a detrimental effect on plant growth and physiology; but any additive effect between WS and VI has been highlighted. Moreover, the combination of stresses triggers a specific response at the metabolic level, which was not quantitatively predicted by the sum of each individual stress. The observed changes in primary metabolites were closely associated with respiration metabolisms. Indeed, the specific adjustment of respiratory metabolism (i.e; cysteine, threonine, fumarate and erythronate 1,4-lactone) could potentially explain the maintenance of leaf carbon balance and growth in cultivars studies under combined stress conditions. In the present thesis, we move a step further, by revealing the importance of studding grapevine-virus infectionwater stress interactions under field conditions, particularly, in white cultivars where viruses are asymptomatic and difficult to identify. Further research with differents virus concentration and high number of cultivars are needed to confirm if virus effect is concentration dependent and if there is a cultivar-susceptibility difference.
- español
