Genome editing dei geni GST in Vitis vinifera L. per migliorare la resilienza allo stress idrico

L’incremento della variabilità climatica, accompagnato da una crescente frequenza e intensità degli episodi di siccità, pone con urgenza la necessità di sviluppare strategie efficaci per migliorare la tolleranza della vite allo stress idrico. Il rafforzamento di tali capacità adattative rappresenta un requisito fondamentale per garantire la sostenibilità e la resilienza a lungo termine dei sistemi viticoli. In questo scenario, le New Plant Breeding Techniques (NPBTs), e in particolare l’editing genetico basato sul sistema CRISPR-Cas9, offrono strumenti innovativi, rapidi e precisi per modificare in modo mirato la funzione genica e potenziare la risposta della pianta agli stress abiotici. Il presente studio ha visto l’applicazione del sistema CRISPR/Cas9 per l’inattivazione di due geni di Vitis vinifera L., VvGST40 e VvGST30. Questi geni appartengono alla famiglia delle glutatione S-transferasi (GST), identificati sulla base dell’ omologo AtGSTU17 di Arabidopsis thaliana precedentemente associato a una maggiore tolleranza alla siccità. I geni target sono stati scelti sulla base dell’elevata omologia di sequenza e del loro coinvolgimento nel metabolismo redox e nella risposta antiossidante. Il coinvolgimento di VvGST40 nei processi di adattamento allo stress è stato precedentemente validato mediante Spray-Induced Gene Silencing (SIGS): infatti l’applicazione fogliare di dsRNA specifici ha determinato la riduzione dell’espressione del gene favorendo una risposta antiossidante più efficiente, una minore perdita d’acqua e, nel complesso, una maggiore tolleranza alla siccità, suggerendo l’instaurarsi di uno stato fisiologico di priming. Nel presente studio, la trasformazione è stata effettuata su calli embriogenici di vite cultivar Chardonnay mediante Agrobacterium tumefaciens, utilizzando costrutti contenenti l’enzima Cas9 e le guide specifiche per i due geni target. Sono state ottenute 16 linee trasformate, delle quali 9 hanno mostrato eventi di editing confermati da sequenziamento e analisi TIDE. Quattro linee con mutazioni stabili sono state selezionate per una caratterizzazione fenotipica e fisiologica approfondita. Le piante rigenerate sono state sottoposte a una prima fase di caratterizzazione in vitro per la valutazione dei parametri di crescita e architettura radicale, ed un successivo esperimento di stress idrico in condizioni controllate, che ha permesso di analizzare a livello ecofisiologico e fenotipico le risposte delle piante editate e controllo durante la fasi di stress e recupero. I risultati ottenuti mostrano che le linee editate di Chardonnay presentano, rispetto alle piante wild-type, una maggiore efficienza fotosintetica e un più rapido recupero dopo lo stress suggerendo un miglior equilibrio redox e una regolazione della chiusura stomatica più efficiente. Queste evidenze confermano il ruolo dei geni VvGST40 e VvGST30 nei meccanismi di risposta e adattamento allo stress idrico e suggeriscono che la loro perdita di funzione possa contribuire ad un rafforzamento della risposta antiossidante e ad una maggiore resilienza della vite in condizioni di siccità. Nel complesso, lo studio fornisce nuove evidenze sul ruolo della famiglia di geni GST nella vite e dimostra la validità del genome editing come strumento per lo sviluppo di genotipi più resilienti, in linea con gli obiettivi di sostenibilità e innovazione del settore vitivinicolo e agricolo più in generale.