Információk a szőlőtermesztéshez kapcsolódó tudományok világából

BIOLÓGIA, GENETIKA

Rezisztencia kialakítása génszerkesztéssel a szőlőben

A szőlőtermesztők évről évre jelentős költségráfordítással és környezeti terheléssel tudják ültetvényeiket megvédeni a kórokozó gombáktól. A rezisztenciával rendelkező szőlőfajták iránti kereslet nő, különösképpen, ha borminőség szempontjából lényeges tulajdonságaik közel állnak a jelenleg is termesztett, ismert fajtákhoz. Igazi áttörés természetesen az lesz, ha a jelenlegi fajtáink kedvező tulajdonságainak megőrzése mellett lehet rezisztenciát kialakítani a lisztharmat (Erysiphe necator) vagy a peronoszpóra (Plasmopara viticola) ellen. Kikkert és Reisch 1996-ban röviden összefoglalta az akkori tudásszintnek megfelelően a genetikai transzformációs eljárásokat. Bemutatták, hogy a Cornell Egyetemen (USA) mely eljárással dolgoznak a hagyományos keresztezéses nemesítés megtartása mellett. Abban az időben legalább 14 laboratóriumban dolgoztak már genetikailag módosított szőlőfajta előállításán a Föld különböző országaiban. Vírusrezisztens nemes fajtákat (Thomson seedless – paradicsom gyűrűsfoltosság vírus; Chardonnay – fertőző leromlás vírus) és alanyfajtát (Richter 110 – krómmozaik vírus) teszteltek az USA-ban és Franciaországban. Hat pontban foglalták össze a kórokozók rezisztenciagénjeinek növényekbe történő sikeres szerkesztéséhez szükséges lépéseket.

  1. Befogadó sejtek, amelyek képesek egész növényekké növekedni.
  2. Módszer a gének sejtekbe történő átvitelére.
  3. A gének megfelelő expressziója a transzformált növényi sejtek által.
  4. Módszer a transzformált sejtek kiválasztására a nem transzformált sejtek közül.
  5. Az egész növények regenerálása.
  6. A betegségekkel szembeni rezisztencia értékelése.

Az azóta eltelt időben ugrásszerűen fejlődött a genetikai szerkesztés technológiája. Három kutatócsoport 2013-ban egymással párhuzamosan írta le a CRISPR-Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated 9) rendszerrel történő célzott génmódosítást. A CRISPR-Cas9 technológia viszonylag egyszerű, mégis hatékony technika, amely felhasználható génmutációhoz, a génfunkció elnyomáshoz / a génexpresszió aktiválásához, a génfunkció finom módosításához, és az epigenom szerkesztéséhez. 2020-ig csak néhány tanulmány jelent meg a CRISPR-Cas9 szőlőgenom szerkesztésében való felhasználásáról az első, 2016-os tanulmány óta. Kínai kutatók a Thompson seedless csemegeszőlő-fajtán alkalmazták a technológiát. A fajta ideális genotípus a lisztharmat-rezisztencia tanulmányozására, mert alkalmas a transzformációra, és fogékony a lisztharmat-fertőzésre. A mai napig számos lisztharmat-rezisztenciagén lókuszát – köztük a RUN1, a RUN2, a REN5 a Muscadinia rotundifoliában, valamint a REN4, a REN6, a REN7 a Vitis romanetiiben és V. piasezkiiben – azonosították genetikai módszerekkel. Korábbi, más növényekkel végzett vizsgálatok arra utaltak, hogy a lisztharmatfajok patogenitása funkcionálisan a gazdaszervezet MLO (mildew resistance Locus O) génjein alapul. A kutatócsoport ezért kettő gént választott ki a szerkesztésre (VvMLO3 és VvMLO4), melyek analóg, működő gének az Arabidopsis thaliana MLO génjeivel. Fontos, hogy négy VvMLO3-szerkesztett genotípus mutatott fokozott lisztharmat-rezisztenciát, amely gazdasejt-pusztulással, sejtfal-degradációval (CWA) és H2O2-felhalmozódással járt. Közülük kettőt (CM3G2-30 és CM3G1-51) sikerült meggyökereztetni, majd a további vizsgálatokba bevonni.

1.ábra. Egyhónapos in vitro növények gyökereztetése a VvMLO3 szerkesztett genotípusokból, és a nem szerkesztett eredeti Vitis-fajból (WT)
2. kép. Az eredeti Vitis-faj egy egyede (WT) és a génszerkesztett VvMLO3 Thompson seedless-vonalak cserépbe ültetést követően

A kínai kutatók tanulmányukban két szőlőből származó MLO gént, a VvMLO3 és a VvMLO4 szerkesztését végezték CRISPR-Cas9 technológiával, és a VvMLO3 expressziójának csökkentése egy allél mutációjával jelentősen javította a fogékony Thompson seedless fajta ellenálló képességét a lisztharmat En. NAFU1 izolátummal szemben.

Julie R. Kikkert and Bruce I. Reisch. 1996. Genetic engineering of grapevines for improved disease resistance. In Grape Research News Vol. 7 No. 2, Summer, 1996. M. Goffinet (ed.). New York State Agricultural Experiment Station, Geneva, New York.

Wan, D. Y., Guo, Y., Cheng, Y. et al. CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis of VvMLO3 results in enhanced resistance to powdery mildew in grapevine (Vitis vinifera). Hortic Res 7, 116 (2020). https://doi.org/10.1038/s41438-020-0339-8

TECHNIKA

Bioklimatikus indexek térképezésének lehetősége

Esettanulmány készült két műhold termikus távérzékelővel felvételezett adatai alapján kalkulát bioklimatikus indexekkel Saint-Emilion és Pomerol (Bordeaux, Franciaország) szőlőültetvényeiről. A környezet hőviszonyai befolyásolják a szőlőtőke fejlődését, és meghatározzák a szőlőtermés összetételét. A kumulatív léghőmérsékleten alapuló bioklimatikus indexeket a helyi méréseket integráló statisztikai módszerekkel modellezzük és térképezzük fel.

1. ábra. Saint-Emilion és Pomerol (piros vonallal keretezve) elhelyezkedése Girond adminisztratív területén (fekete vonallal határolva) Délnyugat-Franciaországban (a, b); valamint a vizsgálati terület topográfiai térképe és a 90 db levegőhőmérséklet-mérő berendezés (fekete pontok) területi elhelyezkedése (c)

A szenzorhálózatokból származó léghőmérséklet-adatok térben és időben korlátozottak. A földfelszín-hőmérséklet (Land Surface Temperature, LST) adatainak térbeli eloszlását összehasonlító értékelésben dolgozta fel a francia kutatócsoport kisebb területi egységre kalkulálható bioklimatikus indexek meghatározására. Az éghajlati adatok alapján számított bioklimatikus indexek a leggyakoribb módszerek az éghajlat szőlőnövekedésre gyakorolt hatásainak azonosítására. A bortermő régiók osztályozására és összehasonlítására szolgálnak a kumulatív levegőhőmérsékleti adatok alapján – pl. Winkler-index (WI), Huglin-index (HI), Jones-index –, és kombinálhatók fenológiai szakaszokkal is. Korábbi tanulmányok rávilágítottak a szőlőültetvények finomhangolású klímamodellezésének lehetőségeire és hasznosságára, amelyek figyelembe veszik a helyi környezet fő elemeit. A hőmérsékletérzékelő hálózatok használata a szőlőültetvények kutatásában korlátozott, mivel többéves adat- és hálózatkezelést igényel, valamint felmerül a nagyobb területek feltérképezésének problematikája. A termikus távérzékelési adatok nagy időbeli felbontással érdekes alternatívát nyújthatnak. Számos tanulmány bebizonyította a földfelszíni hőmérséklet (LST) kis távolsági felbontású távérzékelésből származtatott módszereinek hasznosságát. Azonban az adatok pontosságának javítása érdekében robusztus statisztikai módszerek és prediktorok (pl. domborzat, növényzet jellemzői) felhasználása szükséges. Ebben a tanulmányban a kutatók értékelték az LST felbontását a szőlőültetvények bioklimatikus indexeinek feltérképezéséhez. Napi SVM-modelleket alkalmaztak a hőmérséklet és a topográfiai változók kapcsolata alapján. A megközelítés megmutatta, hogy az SVM gépi tanulás regressziója képes volt a napi hőmérsékletek pontos modellezésére a bioklimatikus indexek kiszámításához. Az LST-teljesítménye biztató, de kissé eltér a levegő hőmérsékletén alapuló modellezéstől.

2. ábra. A 2012–2018 közötti időszak átlagos Winkler-index értékeinek területi eloszlása a vizsgálati területen különböző felbontású szintekben a: levegőhőmérséklet alapján kalkulált, b: napi felszínhőmérséklet (LST) alapján kalkulált (M*D11A1), c: 8 napi LST alapján kalkulált (M*D11A2).

Ezeket a különbségeket és torzításokat azonosították, és megvizsgálták a szenzorhálózat, valamint a két MODIS (napi és heti) és LST közötti térbeli eloszlást. Ez a tanulmány kezdeti lépés az LST alkalmazásával a szőlőtermesztés klímájának modellezésében, valamint a szőlő valódi termikus mikroklímájának helyi környezetben történő egyre pontosabb kutatásában, amely hangsúlyozhatja ezeket a hatásokat vagy az éghajlati eseményeket. Ezt a MODIS termikus műholdas felvételeken alapuló csökkentési módszert jelenleg Gironde megyében alkalmazzák, az időjárási állomások országos hálózatának validálásával (LACCAVE2.21, IRP VINADAPT és AVVENIR projektek).

Morin, Gwenaël; Le Roux, Renan; Lemasle, Pierre-Gilles; Quénol, Hervé. 2021. Mapping Bioclimatic Indices by Downscaling MODIS Land Surface Temperature: Case Study of the Saint-Emilion Area. Remote Sens. 13, no. 1: 4. https://doi.org/10.3390/rs13010004

TERMESZTÉSTECHNOLÓGIA

Curretage – a szőlőtőkék gyógyítása „sebészeti” eljárással

A tőkék fás részeinek elhalása világszerte jelentős károkat okoz a szőlőtermesztésben. Több gombakórokozó felelős a fás részek pusztulásáért, melyek a sebzési felületeken jutnak be a szállítóedényekbe. Franciaországban a 2012–2017 közötti időszakban a meglévő ültetvények 12%-a nem termett, és az ESCA volt a vezető ok. Megelőzési módszerek ismertek a betegség kialakulásának elkerülése érdekében, de gyógyító módszerek nem. A közelmúltban azonban két tanulmány is megjelent a Bordeaux-i Egyetem kutatóinak eredményeiről. Az elsőt Céline Cholet és munkatársai közölték a „curretage” hatásáról a tőkék regenerálódására, növekedésére vonatkozóan, a másodikat Émilie Bruez és munkatársai a borok minőségének alakulásáról. Egy 1994-ben telepített Sauvignon blanc-ültetvényben (mely fajta rendkívül fogékony a tőke fás részeinek elhalását okozó kórokozókra) Bordeaux közelében, Beguey-ben több éven keresztül történő megfigyeléseket végeztek és hároméves kísérletet folytattak. A tőkék 101-14 alanyon kerültek eltelepítésre, dupla Guyout-metszésmóddal műveltek. Az ültetvényben található tőkéket három részre osztották, az elsőbe kerültek a vizuálisan egészséges kontrolltőkék, a másodikba és a harmadikba pedig az ESCA-tüneteket mutatók aszerint, hogy elvégezték-e a beteg részek kivágását (curretage), avagy nem részesültek gyógyító kezelésben.

1.ábra. A kísérleti terület, az elvégzett kezelések, valamint a 2014 és 2018 közötti időszakban rögzített adatok jelzései; CP = curretage, vagyis „szőlőtőke-sebészet” (Cholet et al. 2021)

Megállapították, hogy a korhadó fás részek kimetszésével gyógyított tőkék valamennyivel kisebb termésmennyiséget értek el, mint a kontrolltőkék, de mindkettő szignifikánsan többet termett az ESCA betegségben szenvedőknél. A tőkék teljesen meggyógyultak a „sebészeti” eljárás hatására. A borminőségben a meggyógyított tőkék és a kontroll között nem volt különbség, míg ezektől elmaradt a beteg tőkék terméséből készült bor minősége. Megállapítható, hogy a „curretage” működik.

Cholet, C., Bruez, Émilie, Lecomte, P., Barsacq, A., Martignon, T., Giudici, M., Simonit, M., Rey, P., Dubourdieu, D., & Gény, L. (2021). Plant resilience and physiological modifications induced by curettage of Esca-diseased grapevines. OENO One, 55(1), 153–169. https://doi.org/10.20870/oeno-one.2021.55.1.4478

Bruez, Émilie, Cholet, C., Thibon, C., Redon, P., Lacampagne, S., Martignon, T., Giudici, M., Darriet, P., & Gény, L. (2021). Influence of curettage on Esca-diseased Vitis vinifera L. cv. Sauvignon blanc plants on the quality of musts and wines. OENO One, 55(1), 171–182. https://doi.org/10.20870/oeno-one.2021.55.1.4479

Későbbi metszés, jobb minőség

A termesztők számára olyan termesztéstechnológiai gyakorlatokra van szükség, amelyek képesek széles körűen ellensúlyozni a felmelegedés káros hatásait a szőlőbogyó- és borjellemzők vonatkozásában. A késői metszés ismert hatékony eszköz a szőlő érésének késleltetésére, valamint a bogyó és ezáltal a bor tulajdonságainak javítására, de a késői metszés és a megemelkedett környezeti hőmérséklet közötti kölcsönhatás a bor kémiai és érzékszervi tulajdonságaira nem ismert, állítják ausztrál kutatók. Éppen ezért két egymástól meteorológiai szempontból eltérő évjáratban megvizsgálták a késleltetett metszés, valamint a felmelegedés kölcsönhatását. Három metszési idő – téli metszés mint kontroll, és két késői metszés mint kezelések, amikor a kontrollnál megtörtént a rügyfakadás (1), vagy két-háromleveles állapot volt (2) – és két hőmérsékleti rezsim – környezeti hőmérséklet, felmelegített – kombinációját hozták létre a metszési idő és a hőmérséklet közötti kölcsönhatás kimutatására a bor kémiai összetétele és érzékszervi tulajdonságai vonatkozásában kettő termőévben Barossa Valley Shirazra vonatkozóan. Az átlagos napi középhőmérséklet a melegített kezelésekben a tőkék lombozatának szintjén 0,40 °C-kal volt magasabb a kontrollnál 2013/14-ben, és 0,68 °C-kal 2014/15-ben. Az érzékszervi és kémiai vizsgálatok csökkent színparamétereket mutattak a megemelt lombozathőmérsékletű tőkékről szüretelt szőlőből készült borokban. Ezek a borok kevésbé voltak testesek, és rövidebb ízérzetet adtak. A bor színmélysége, az antocianin és a fenolos anyagok koncentrációja negatívan korrelál a napi átlaghőmérséklettel két héttel közvetlenül a zsendülést követően. Megállapították, hogy a metszés és az emelkedett lombozat-/szőlőfürt-hőmérséklet közötti kölcsönhatás azt mutatta, hogy a két-háromleveles állapotban történő metszés részben képes enyhíteni a felmelegedés okozta minőség csökkenést, mivel két különböző termőévben is mélyítette a kontrollhoz képest a bor színét, és növelte a gyümölcsösségét. Konklúziójuk, hogy a késői metszés részben képes ellensúlyozni a felmelegedésből adódó minőség csökkenést, semleges vagy pozitív hatást gyakorolva a szőlőfenológiára, a hozamra és a bor tulajdonságaira. Hasonló konklúziót vontunk le hazai kísérleteink alapján is (https://agroforum.hu/lapszam-cikk/a-szolo-metszesenek-ideje/).

Moran, M. A., Bastian, S., Petrie, P., & Sadras, V. (2020). Impact of late pruning and elevated ambient temperature on Shiraz wine chemical and sensory attributes. Australian Journal of Grape and Wine Research, 1-10; DOI: 10.1111/ajgw.12470

Döntés-előkészítést segítő adatbázis a szőlőtermesztésben

A mezőgazdasági területhasználat kritikus szerepet játszik a tájkép fenntarthatóságában. A térinformatikai eszközök alkalmazása, különösen a GIS alapú adatokra alapozott döntéshozatali protokollok segíthetnek a területhasználat tervezésében. Az olasz kutatók által bemutatott, egész Olaszországra kiterjedő, 3686 szőlőültetvény adatbázisa számos területi és termesztéstechnológiai jellemzőt ismertet. A Google Earth vizuális képeinek kiértékelésével rögzítették a szőlőtáblák alakját, vagy az ültetvény tőkeművelésmódját. QGIS mérőeszközökkel határozták meg a sortávolságot, a hossz–szélesség arányt és a forduló méretét. A terület átlagos és maximális lejtése az ISPRA által biztosított digitális domborzati modell segítségével 20 méteres területi felbontásban került rögzítésre.

1.ábra. Az attribútum táblában azonosított szőlőgazdálkodási attribútumok összefoglalása: piros szaggatott vonal jelöli a blokk alakját, fehér szaggatott vonal a sortávolságot, kék merőleges vonalak a hosszúság/szélesség arányt, a sárga terület a fordulók mérete, a kiemelt kör pedig a tőkeművelésmód

Ez az adatbázis segíthet az új szőlőültetvények telepítési kritériumainak meghatározásában, amelyeknek meg kell felelniük racionális és fenntartható követelményeknek. Ezenkívül az adathalmaz más mezőgazdasági földhasználati adatokkal is kombinálható a termőföld-gazdálkodás további elemzéséhez. És végül az adatbázis mintát és alapot adhat a szőlőültetvények globális szintű kezelésének támogatására.

Alessia Cogato, Andrea Pezzuolo, Marco Sozzi, Francesco Marinello, 2020. A sample of Italian vineyards: Landscape and management parameters dataset. Data in Brief, Volume 33, ISSN 2352-3409, https://doi.org/10.1016/j.dib.2020.106589.

 

 

Összeállította: Prof. Kocsis László, az MTA doktora, Göcsej Gyümölcse Bt., Keszthely