Die metabolische Plastizität der Weinrebe unter Trockenheit

Weinrebe ist eine hochgradig adaptive Liane, die in einer Vielzahl von Klimazonen weltweit angebaut wird. Dennoch bedroht der Klimawandel die Nachhaltigkeit des Weinbaus in mehreren Regionen, in denen Stressereignisse wie Dürre und Hitzewellen den Ertrag, die Zusammensetzung der Trauben, die Weinqualität und die Gesundheit der Reben negativ beeinflussen. Mehrere Studien befassten sich mit der Wirkung einzelner Stressoren auf den Rebenstoffwechsel und die Traubenzusammensetzung. HoweverEs liegen jedoch informationenmitedüber die Wechselwirkung zwischen der Wasserverfügbarkeit und anderen wetterspezifischen Parametern wie Licht und Temperatur vor. Die meisten Informationen, die wir derzeit über solche Wechselwirkungen haben, stammen aus indirekten Messungen. Die wenigen Forschungen, die sich direkt mit diesem Thema befassten, wurden in Gewächshäusern oder Anbaukammern an kleinen Pflanzen durchgeführt, die in kleinen Töpfen angebaut wurden; außerdem wurden die analyseten Zusammensetzungsparameter nur sehr wenige analysiert. Unser Projekt mit dem Titel "Exploring the grapevine metabolic plastizität under drought"(PlasticGrape) zielt darauf ab, diese Lücke zu füllen, indem die interaktiven Auswirkungen von Dürrestress und anderen klimatischen Variablen (wie Licht und Temperatur) auf die Pflanzenphysiologie und den Fruchtstoffwechsel untersuchtwerden. Das PlasticGrape-Projekt ist ehrgeizig und um seine Ziele zuerreichen, wird ein einzigartiges experimentelles Design, das noch nie für eine andere Kultur umgesetzt wurde, durchgeführt werden. Ein solches Design umfasst die Verwendung eines Satz von 160 Weinreben (cv. Pinot noir), in einer einzigen Umgebung gepflanzt und entwickelt dann in zwei verschiedene Orte aufgeteilt durch unterschiedliche Klimazonen (Tulln, Österreich und Vipava, Slowenien). An beiden Standorten werden gespiegelte Wasserdefizitbehandlungen mit dem Ziel durchgeführt, die interaktiven Auswirkungen von Wasserstress und Klima auf die Pflanzenphysiologie und das Metabolom zu untersuchen. Ergänzende Experimente werdenauch unter Gewächshausbedingungendurchgeführt. Die Metabolitenprofilierung von Blättern und Beeren ermöglicht es, die Veränderungen des Primär- und Sekundärstoffwechsels umfassend zu charakterisieren. Umfassende Analysen des Grapevine- Metaboloms werden dazu beitragen, Veränderungen im Blatt- und Beerenstoffwechsel als Reaktion auf Dürre und spezifische klimatische Bedingungen aufzuklären.

Das Projekt PlasticGrape untersuchte die Plastizität (d. h. die Fähigkeit eines Organismus, sich als Reaktion auf eine andere Umgebung zu verändern) der Weinrebe als Reaktion auf Trockenheit unter verschiedenen Klimaszenarien. Ziel des Projekts war es zu verstehen, wie sich die Reaktion desselben Rebengenotyps auf Trockenheit unter kühleren oder wärmeren Klimabedingungen verändern kann. Das Projekt konzentrierte sich auf pflanzenökophysiologische Parameter und den Blatt- und Beerenstoffwechsel als wichtigste Reaktionsvariablen, berücksichtigte aber auch agronomische Parameter wie Ertrag und Pflanzenwachstum. Methoden. Der Versuchsplan des Projekts umfasste die Durchführung von Trockenstressversuchen an zwei verschiedenen Standorten (Tulln-Österreich und Vipava-Slowenien, kühler bzw. wärmer), wobei genetisch einheitliches Pflanzenmaterial verwendet wurde (Pinot noir cv. auf SO4-Unterlage veredelt). Darüber hinaus wurden Versuche unter kontrollierten klimatischen Bedingungen in Gewächshäusern mit unterschiedlichen Temperaturregimen durchgeführt, um die Wechselwirkung zwischen den Auswirkungen von Trockenheit und Temperatur auf die Reaktionen der Pflanzen besser zu entschlüsseln. Entlang der verschiedenen Versuchsanordnungen wurden Blätter und Beeren beprobt und auf primäre und sekundäre Metaboliten sowie auf die Genexpression untersucht. Wichtigste Ergebnisse. In den beiden Versuchsjahren war die Wärmeakkumulation in Vipava höher als in Tulln, was zu einem höheren Wasserbedarf und einer höheren Transpiration, aber auch zu einer allgemein vorzeitigen Phänologie führte. In agronomischer Hinsicht wurden einige wichtige Parameter beeinflusst, wie z. B. das Verhältnis Blattfläche/Frucht (das in Tulln höher war als in Vipava), aber auch die Reifung der Beeren: Während die Zuckerkonzentration als wichtigster Parameter für die Entscheidung über die Ernte ähnlich war, war der Säuregehalt im wärmeren Vipava niedriger und der pH-Wert höher als in Tulln, was die allgemeinen Trends im Weinbau in kühlem und warmem Klima bestätigt. Die chemischen Analysen von Blättern und Beeren verdeutlichten ebenfalls den Einfluss der klimatischen Faktoren auf den Pflanzenstoffwechsel und zeigten, dass die Hauptunterschiede zwischen den Proben je nach Standort des Versuchs unabhängig vom Zeitpunkt der Probenahme und der Behandlung des Wasserdefizits getrennt werden konnten. Dieser Trend war besonders auffällig bei der Analyse der flüchtigen Verbindungen in den Beeren und Blättern der Trauben (Terpenoide), während die primären Metaboliten (kleinere Zucker, organische Säuren und Aminosäuren) in geringerem Maße vom Klima beeinflusst wurden. Während sich das Wasserdefizit auf mehrere primären Metaboliten und Phenole auswirkte, wurden nur wenige dieser Verbindungen an den beiden Standorten über die beiden Jahrgänge hinweg gleichmäßig beeinflusst. Dies deutet darauf hin, dass die metabolische Reaktion von Weinblättern und Beeren auf Wassereinschränkungen komplex und spezifisch ist. Andererseits scheint die metabolische Reaktion der Weinrebe auf die Temperatur umfassender und konsistenter zu sein.