Qualità delle produzioni in varietà PIWI di vite

In order to increase the environmental and economical sustainability of viticulture, new vine varieties, which are resistant to one or more fungal diseases and allow to limit the use of fungicides, have been selected and registered in the National Register of vine varieties. PIWI vine varieties, are varieties selected through breeding programmes based on crossings between Vitis vinifera cultivars and cultivars or introgression lines which possess resistance genes to Plasmopara viticola and/or Erysiphe necator, the aetiological agents of downy and powdery mildew, respectively. Such genes come from wild American or Asian grapevine species. The spread of such vine cultivars and, more importantly, the approval, both of the producers and the consumers, are quite low since, on one hand, the wine market is strongly attached to traditional varieties, on the other hand, the suspect that such varieties produce low quality grapes is widespread. Indeed, it is thought that the resistance to pathogens coming from wild species is due to an overexpression of PR (Pathogenesis Related) proteins, if compared to non-resistant varieties. Such proteins play a fundamental role in protecting the plant against pathogens, but they appear to negatively affect wine quality. Moreover, it is possible that these proteins are allergens. This thesis work aims to describe the protein profile and the expression of a set of genes codifying for PR proteins, in order to evaluate the characteristics of grapes produced by 12 PIWI vine varieties, 6 white grape varieties, Fleurtai, Bronner, Solaris, Aromera, Sauvignon Nepis, Sauvignon Kretos, and 6 red grape varieties, Merlot Khorus, Merlot Kanthus, Cabernet Cortis, Cabernet Carbon, Regent e Prior, compared with three traditional varieties, Glera, Friulano and Merlot. In order to pursue this goal, the protein profiles of both pericarp and mesocarp of grapes at technological maturity were evaluated through electrophoresis on polyacrylamide gel (SDS-PAGE), using extracts both as they are and as they are in a reducing environment. Based on the results obtained, the proteins presenting the most clearly identifiable and defined bands were selected for the genetic expression study, and a set of genes which could well represent each genetic family were selected as well. In particular, the genes codifying for β-1,3-glucanases (PR2), chitinases (PR3 e PR4), TLP (Thaumatin Like Proteins, PR5) and LTP (Lipid Transfer Proteins, PR14) were considered. The expression of such genes was evaluated quantitatively, in the same samples, through a Real Time q-PCR of the transcripts. The results showed that the protein profiles of PIWI varieties were quite similar, even though for every singular variety some differences were observed in terms of intensity and number of bands included between 37 and 20 kDa. Nevertheless, it was not possible to specifically identify singular bands. As for the gene expression assays, no pattern pointing to an overexpression, and consequently an overproduction, of PR proteins was identified in the resistant varieties compared to the traditional ones. This was observed both in the white and in the red grape varieties. However, it was impossible to establish a direct relationship between the expression of the various proteins examined and the gene expression, since the methodologies used did not allow to estimate the total amount of extracted proteins which were present in the tissues. The current work, consequently, has to be considered completely introductive and purely descriptive, since it provides some preliminary suggestions for further studies, which should be more extensive both in terms of transcriptomic and proteomic analysis, and should take into consideration the whole series of genes and proteins of the various families of PR proteins.

I vitigni PIWI sono varietà selezionate attraverso programmi di miglioramento genetico basati sull’incrocio tra varietà coltivate di Vitis vinifera e varietà o linee di introgressione che presentano geni di resistenza a Plasmopara viticola e/o Erysiphe necator, agenti eziologici rispettivamente di peronospora e oidio. Tali geni sono derivanti da specie selvatiche di vite di origine americana o asiatica. La diffusione di tali vitigni e soprattutto il consenso, stentano tuttavia a decollare a causa, da un lato, del fatto che il mercato del vino è fortemente legato alle varietà tradizionali, dall’altro, per il timore che tali vitigni presentino uve di bassa qualità. Si ritiene infatti che la resistenza ai patogeni fungini introgressa dalle specie selvatiche di vite sia da ricondurre ad una sovraespressione di proteine PR (Pathogenesis Related), rispetto alle varietà non resistenti. Tali proteine giocano un ruolo fondamentale nella difesa da attacchi patogeni, ma sembrano influenzare negativamente la qualità del vino. Inoltre, è possibile che tali proteine PR abbiano un’attività allergenica. Questo lavoro di tesi si prefigge di descrivere il profilo proteico e l’espressione di un set di geni che codificano per proteine PR, per valutare le caratteristiche dell’uva prodotta da 12 vitigni PIWI, 6 a bacca bianca, Fleurtai, Bronner, Solaris, Aromera, Sauvignon Nepis, Sauvignon Kretos, e 6 a bacca rossa, Merlot Khorus, Merlot Kanthus, Cabernet Cortis, Cabernet Carbon, Regent e Prior, a confronto con tre varietà tradizionali, Glera, Friulano e Merlot. Per rispondere a tale obiettivo, alla maturazione tecnologica è stato valutato il profilo proteico sia del pericarpo che del mesocarpo delle bacche attraverso elettroforesi su gel di poliacrilammide (SDS-PAGE), su estratti tal quali (T.Q.) ed estratti tal quali in ambiente riducente (T.Q. RID). Sulla base dei risultati ottenuti, sono state selezionate, per lo studio di espressione genica, quelle proteine che presentavano le bande più chiaramente identificabili e definite e sono stati selezionati un set di geni rappresentativi di ciascuna famiglia genica. In particolare, sono state considerati i geni che codificano per le β-1,3-glucanasi (PR2), chitinasi (PR3 e PR4), TLP (Thaumatin Like Proteins, PR5) e le LTP (Lipid Transfer Proteins, PR14). L ’espressione di tali geni è stata valutata quantitativamente, negli stessi campioni, mediante Real Time q-PCR dei trascritti. I risultati hanno evidenziato come i profili proteici delle varietà PIWI siano molto simili, anche se per ogni singola varietà si osservano differenze in termini di intensità e di numero di bande comprese tra i 37 e i 20 kDa. Non è stato tuttavia possibile identificare le singole bande in modo specifico. Per quanto riguarda i saggi d’espressione genica, non sono emersi dei pattern che indichino una sovraespressione, e quindi una maggiore produzione di proteine PR, nelle varietà resistenti rispetto a quelle tradizionali. Questo risultato si è osservato sia nelle varietà a bacca bianca che in quelle a bacca rossa. Risulta tuttavia impossibile stabilire una relazione diretta tra espressione delle diverse proteine esaminate ed espressione dei geni, in quanto le metodologie impiegate non hanno consentito di stimare il quantitativo totale di proteine estratte presenti nei tessuti. Il presente lavoro è da considerare quindi del tutto introduttivo e puramente descrittivo, in quanto fornisce indicazioni preliminari per studi successivi più approfonditi in termini sia di analisi trascrittomica e che proteomica, e che prendano in esame la serie completa dei geni e proteine delle diverse famiglie di proteine PR.