Caratterizzazione genetica di una delle piu’ grandi collezioni di portinnesti della vite (non-vinifera)

Gabriella De Lorenzis^1*, Daniele Migliaro², Davide Bianchi¹, Giovambattista Simone Di Lorenzo¹, Barbara De Nardi², Massimo Gardiman², Osvaldo Failla¹, Lucio Brancadoro¹, Manna Crespan^2*

¹ Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali, Milano, Italia
² CREA – Centro di Ricerca per la Viticoltura e l'Enologia, Conegliano, Italia

* Autori corrispondenti: gabriella.delorenzis@unimi.it; manna.crespan@crea.gov.it

Articolo estratto dalla presentazione di Gabriella De Lorenzis in occasione della Enoforum Web Conference (23-25 febbraio 2021)

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Il germoplasma delle specie di non-vinifera: questo sconosciuto!

A partire dalla fine dell'Ottocento, la vite è coltivata su portinnesti, rappresentati da un mix di viti non appartenenti alla Vitis vinifera, quali Vitis berlanderi, Vitis rupestris, Vitis riparia e ibridi di queste e di altre specie di Vitis spp. In primis, i portinnesti difendono la vite dagli attacchi letali della fillossera alle radici, inoltre contribuiscono a fronteggiare diverse condizioni ambientali (es. siccità e salinità) (Galet, 1998; Whiting, 2005). Attualmente nel mondo si utilizzano prevalentemente solo una decina di varietà di portinnesti (Keller, 2010), un numero davvero limitato. Inoltre, questi genotipi, rilasciati alla fine del 19° secolo, sembrano inadeguati a far fronte alle sfide emergenti per la viticoltura legate ai cambiamenti climatici (Huglin e Schneider, 1998).

Dal 1985, il gruppo di ricerca del DiSAA (Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali) operante presso l'Università degli Studi di Milano (UNIMI) si sta occupando della selezione di nuovi portinnesti di vite. A questo scopo, sono stati già selezionati quattro portinnesti della serie M (M1, M2, M3 e M4) che nel 2014 sono stati iscritti al Registro Nazionale delle varietà di vite. Questi portinnesti hanno manifestato tolleranza a disponibilità di ferro limitata (M1 > M3) (Porro et al., 2013; Vannozzi et al., 2017), moderata resistenza alla salinità (M2 e M4) (Porro et al., 2013; Meggio et al., 2014), ed elevata tolleranza alla siccità (M4) (Porro et al., 2013; Meggio et al., 2014; Corso et al., 2015; Bianchi et al., 2020a).

Poiché siamo ancora lontani dal vincere le sfide del cambiamento climatico, c’è la forte necessità di costituire nuovi portinnesti in grado di fronteggiare condizioni ambientali sfavorevoli. Il nostro gruppo sta continuando a lavorare in questo senso. Al fine di selezionare i genotipi più promettenti per i futuri programmi di miglioramento genetico dei portinnesti della vite, abbiamo istituito una delle più grandi collezioni di germoplasma di non-vinifera presso UNIMI, raccogliendo materiale vegetale proveniente da Italia, Spagna e Stati Uniti, e valutandone la variabilità genetica.

Metodologie step-by-step

Il primo passo verso la selezione di nuovi materiali da utilizzare nei futuri programmi di miglioramento genetico è stato la genotipizzazione della nuova collezione di genotipi di non-vinifera. In collaborazione con il Centro di ricerca per la Viticoltura e l'Enologia (Conegliano, Italia), la collezione è stata genotipizzata utilizzando 22 marcatori SSR (Simple Sequence Repeat) (Migliaro et al., 2019). Parte di questi marcatori sono universalmente utilizzati per la caratterizzazione genetica del germoplasma di Vitis vinifera (Maul et al., 2012). I profili SSR sono stati utilizzati per individuare i profili unici, per indagare la diversità genetica della collezione e per estrapolare una core collection. Infine, i genotipi che sono entrati a far parte della core collection sono stati genotipizzati utilizzando anche i 18k marcatori SNP (Single Nucleotide Polymorphism) del nuovo Vitis18kSNP array (Laucou et al., 2018). I profili SNP sono stati utilizzati per confrontare la variabilità genetica tra il germoplasma di non-vinifera e quello di vinifera (Bianchi et al., 2020b).

La variabilità genetica della collezione di non-vinifera presso UNIMI

La collezione di genotipi di vite di non-vinifera si trova nella zona viticola denominata Oltrepò Pavese (9°05´E; 44°58´N; 144 m slm) e, ad oggi, conta più di 400 accessioni. Di queste 400, 379 sono state genotipizzate con 22 marcatori SSR. Sono stati rilevati 232 genotipi unici, quindi circa il 39% delle accessioni rappresenta germoplasma ridondante. Dei 232 genotipi unici, solo 111 sono stati identificati in base alle informazioni disponibili in letteratura e al controllo incrociato con le informazioni presenti nelle banche dati, di conseguenza, più del 50% dei rimanenti genotipi unici sono risultati sconosciuti. È stata rilevata una grande diversità genetica, evidenziata dalla grande variabilità allelica riscontrata e facilmente spiegabile poiché la collezione ospita genotipi appartenenti a specie diverse e loro ibridi. Le analisi genetiche hanno individuato tre gruppi ancestrali principali: i) un primo cluster comprende principalmente i genotipi di V. rupestris e V. riparia; ii) un altro cluster raggruppa le progenie delle tre varietà più utilizzate in passato per i programmi di miglioramento genetico dei portinnesti della vite (V. berlandieri Rességuiere 2, V. riparia Gloire de Montpellier e V. rupestris du Lot); iii) il terzo cluster raggruppa principalmente ibridi di V. labrusca e V. vinifera. Un quarto gruppo, che possiamo indicare come ‘misto’, è rappresentato da individui con pedigree complesso, nella cui genealogia sono coinvolte più di due specie (Migliaro et al., 2019).

Una core collection facilita la gestione di fenotipizzazioni complesse

Le grandi collezioni di germoplasma risultano difficili da gestire quando si devono realizzare impegnative e accurate fenotipizzazioni di tutte le accessioni. Una selezione non casuale e non completamente arbitraria dei materiali sui quali focalizzarsi è una strategia utile per superare questo limite, per esempio estrapolando una core collection che cattura l'intera diversità genetica nel numero più piccolo possibile di genotipi (Brown, 1995). La nostra core collection conta 70 genotipi. Di questi, solo il 7% sono stati estrapolati dal gruppo berlandieri × rupestris e berlandieri × riparia, mentre la maggior parte degli individui della core collection sono genotipi sconosciuti, ossia genotipi con poche informazioni a livello ampelografico ed agronomico.

Gli SNP sono uno strumento utile per studiare la diversità genetica del germoplasma di non-vinifera

Finora, l'array di genotipizzazione Vitis18kSNP è stato ampiamente utilizzato per studiare la diversità genetica del germoplasma di V. vinifera (De Lorenzis et al., 2015, 2019; Mercati et al., 2016; Ruffa et al., 2016; Laucou et al., 2018 ; Sunseri et al., 2018; D'Onofrio et al., 2021). L'array, istituito dal consorzio GrapeReSeq, contiene circa 18k marcatori SNP. La maggior parte (circa 13.5k, cioè il 75%) è stata ottenuta risequenziando 47 genotipi di V. vinifera, mentre il restante 25% (circa 4.5k) è stato rilevato nel genoma di specie di non-vinifera (Vitis aestivalis, V. berlandieri, Vitis cinerea, Vitis labrusca, Vitis lincecumii e Muscadinia rotundifolia) (Laucou et al., 2018). Recentemente, l'array è stato validato anche su genotipi di non-vinifera, utilizzando la core collection (Bianchi et al., 2020b). Più di 14k loci sono stati amplificati con successo, di questi il 61% è rappresentato da marcatori molecolari identificati nel genoma di V. vinifera, mentre circa il 39% è rappresentato da loci identificati nel genoma di altre specie di Vitis. Questi dati confermano l'utilità di questo array nella genotipizzazione del germoplasma di non-vinifera. L'unicità e la preziosità della core collection sono state dimostrate anche dalle analisi genetiche. Sono stati individuati quattro gruppi ancestrali: i) il gruppo 1 raggruppa solo tre genotipi conosciuti (V. berlandieri × V. riparia, V. vinifera × V. rupestris e V. labrusca); ii) il gruppo 2 raggruppa genotipi di V. cordifolia, V. labrusca, V. rupestris e V. vinifera; iii) il gruppo 3 raggruppa genotipi di V. candicans, V. labrusca, V. longii e V. rupestris; iv) il gruppo 4 raggruppa i genotipi di V. riparia e la maggior parte dei genotipi sconosciuti (Bianchi et al., 2020b). Inoltre, il confronto tra i profili SNP della core collection e quelli del germoplasma di V. vinifera ha evidenziato una netta differenziazione tra le due tipologie di campioni analizzati (Bianchi et al., 2020b).

Nuovi genotipi promettenti per i futuri programmi di miglioramento genetico

La nuova collezione di non-viniferae presso UNIMI è stata istituita al fine di individuare  nuovi genotipi da utilizzare nei futuri programmi di miglioramento genetico dei portinnesti della vite. La collezione ha mostrato un’elevata variabilità genetica, riassunta in una core collection di 70 genotipi. La cosa interessante è che da un lato la maggior parte di questa variabilità non è stata ancora esplorata dal punto di vista fenotipico, rappresentando quindi un interessante serbatoio di potenzialità; dall’altro, risultati preliminari hanno evidenziato che alcuni di questi genotipi sconosciuti hanno comportamenti promettenti nel fronteggiare la siccità, con prestazioni a volte migliori di quelle rilevate sui portinnesti di riferimento che tollerano la siccità (Bianchi et al., 2018). Si può dire che siamo sulla buona strada.

Ringraziamenti  

Questa ricerca è stata finanziata da Winegraft srl, SIV (Servizio per l'identificazione della vite del CREA Viticoltura ed Enologia di Conegliano) e dal progetto europeo intitolato “FREECLIMB - FRUIT CROPS ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE IN THE MEDITERRANEAN BASIN” nell'ambito del Programma Partnership For Research And Innovation In The Mediterranean Area (PRIMA; call 2018).

Riferimenti

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