Resumen de Estudio del origen genético de la variedad de vid Garnacha Blanca, de su diversidad fenotípica y de los efectos moleculares asociados a la variación en el color de la uva

Maite Rodríguez Lorenzo

• español

  Estudio del origen genético de la variedad de vid Garnacha Blanca, de su diversidad fenotípica y de los efectos moleculares asociados a la variación en el color de la uva La vid cultivada se propaga mediante reproducción vegetativa ya que, dada su alta heterocigosidad, es el único modo de mantener las características varietales. En relación con esto, la variación somática es la principal fuente de diversidad genética para la mejora de las variedades tradicionales de vid mediante selección clonal y para la obtención de nuevas variedades derivadas como es el caso de las variantes de color de la uva. Garnacha Blanca (GB) es una variedad de uva blanca derivada de Garnacha Tinta (GT), ambas caracterizadas por problemas en el cuajado de frutos que limitan su producción. Con el objetivo de estudiar el potencial de la variación intravarietal recolectada en GB para la mejora mediante selección clonal de su producción y compacidad de racimo, se estudió el comportamiento de distintas accesiones a lo largo de dos años para variables relacionadas a nivel de planta, racimo y baya. También se analizó, mediante estrategias de genotipado de SNP y de secuenciación masiva, el origen genético y molecular de la pérdida de color de la uva y su posible relación con la producción y la compacidad. Además, la disponibilidad de variantes blancas tanto en Garnacha como en Tempranillo se utilizó para estudiar en detalle los efectos directos e indirectos que la pérdida de antocianinas determina en la composición de la baya, tanto a nivel metabolómico como de expresión génica. Los resultados ponen de manifiesto que la tasa de cuajado es la variable más determinante de la variación para la compacidad y la producción en GB y que tiene además una gran dependencia ambiental. Otras variables relacionadas con el tamaño de los frutos tienen sin embargo un menor impacto en la producción y en la compacidad de los racimos. En lo relativo al origen genético de GB, el desarrollo de un chip de genotipado de SNP para el cromosoma 2 ha permitido detectar regiones de pérdida de heterocigosidad alrededor de la posición en la que se encuentra el locus que regula la síntesis de antocianinas en el fruto. La secuenciación y comparación de genomas de GT y GB confirmaron que dicha pérdida de heterocigosidad se da como resultado de deleciones que incluyen la copia funcional de los genes VviMYBA1 y VviMYBA2. Los resultados indican que la presencia de deleciones en hemicigosis no afecta a la transmisión de las regiones mutadas ni reduce la viabilidad de los gametos y por lo tanto no tiene consecuencias a nivel de producción ni de compacidad en GB. Finalmente, la comparación de metaboloma y transcriptoma entre variantes somáticas de color tanto en Garnacha como en Tempranillo identificó el papel regulador de los genes VviMYBA1 y VviMYBA2 en la ruta de síntesis de fenilpropanoides y en rutas de respuesta de defensa y protección frente a condiciones de estrés en el hollejo durante la maduración de la baya. Además, en ausencia de antocianos, las uvas blancas acumularon mayores niveles de moléculas fotoprotectoras y antioxidantes alternativas (carotenoides, fenilpropanoides y terpenoides), lo que correlaciona con un aumento de respuestas trasncriptómicas a la luz en las bayas blancas. Estas respuestas se asocian con cambios importantes en la composición de las bayas que pueden contribuir al carácter aromático floral, de fruta blanca y herbáceo que caracteriza a los vinos blancos. En conjunto, los resultados contribuyen a un conocimiento más profundo de la variación somática y de sus efectos fenotípicos en lo relativo a la producción del cultivo de la vid y su calidad. Este conocimiento puede servir para optimizar el diseño de los programas de selección clonal y mejorar su eficacia.

• English

  Because of their high heterocygosity, grapevine cultivars are reproduced by vegetative multiplication in order to keep their varietal characteristic traits. In this way, somatic variation is the main source of genetic divsersity to improve traditional varieties either by clonal selection, or for the generation of new derivative varieties, like berry color variants. Garnacha Blanca (GB) is a white-berried variety derived from Garnacha Tinta (GT). Both varieties display fruit set problems that can limit production. In order to understand potential in GB for clonal selection improvement regarding production and bunch compactness, we studied the variation of related traits at plant, bunch and berry level, in several accessions during two years. We also analyzed the genetic and molecular origin of color loss variation and its relation with production and bunch compactness by SNP genotyping of chromosome 2 and next- generation sequencing strategies. In addition, we used white variants of Garnacha and Tempranillo to assess for direct and indirect consequences of the absence of anthocyanins in berry composition using metabolomic and transcriptomic analyses. Results showed us that the main variable determining variation in production and bunch compactness is fruitset rate and it has strong environmental dependece. Traits related with berry size are less relevant in determining production and bunch compactness. Regarding the genetic origin of GB, the SNP genotyping chip for chromosome 2, allowed us to detect loss of heterozigosity around the region of the berry color locus that regulates anthocyanin biosynthesis in the berry. Sequencing and comparison of GT and GB genomes confirmed that the loss of heterocigosity was caused by deletions of the functional copies of VviMYBA1 and VviMYBA2 genes. Segregation and gamete viability analyses showed that these deletions have no negative effects neither in gamete transmission nor in gamete viability, and consequently do not affect production and bunch compactness in GB. Finally, metabolome and transcriptome comparisons between berry color somatic variants unveiled the regulatory role of VviMYBA1 and VviMYBA2 genes in phenylpropanoid biosynthesis pathway and in triggering protection againts pathogens and abiotic stress in the berry skin during berry ripening. In addition, white grapes accumulated higher levels of alternative photoprotective molecules (carotenoids, phenilpropanoids and terpenoids) correlating with the transcriptional activation of light responses in white berries. These responses associate with important changes in the berry composition and may contribute to floral, white fruit and herbaceous aromatic character, typical of white wines. Altogether, the results contribute to a deeper understanding of somatic variation mechanisms and its phenotypic effects in terms of production and quality in grapes. This knowledge could help to optimize clonal selection programs and increase their efficiency.