Phenotypic key factors, genetic regions and genes associated to cluster architecture in grapevine (Vitis vinifera)

Abstract

Weltweit rangieren domestizierte Reben (Vitis vinifera) unter den meistangebauten Obstkulturen. Die geernteten Trauben werden geschätzt als nahrhaftes Obst, für die Herstellung von Traubensaft und für die Vinifikation begehrter Weine. Vitis vinifera Sorten dominieren den globalen Weinbau, jedoch sind diese Sorten hoch anfällig gegenüber pilzlichen Schaderregern und müssen intensiv mit Fungiziden behandelt werden. Der Anbau pilzresistenter Sorten reduziert den Fungizideinsatz um 60 %. Grauschimmel, verursacht durch Botrytis cinerea, ist ein Hauptpathogen im Weinbau und nimmt eine gesonderte Stellung in der Resistenzzüchtung ein. Für dieses Pathogen sind derzeit keine aktiven zellulären Resistenzmechanismen bekannt. Deshalb zielt die Resistenzzüchtung auf das Einkreuzen physikalischer Eigenschaften ab, die den Infektionsmechanismus des Pathogens behindern. Lockere Traubenarchitektur hat hierbei eine zentrale Rolle. Um genetische Ursachen für lockere Traubenarchitektur zu identifizieren wurden F1 Individuen aus der Kreuzung (‘Calardis Musqué’ × ‘Villard Blanc’) und somatische Varianten der Sorte ‘Pinot Noir’ mit signifikanten Unterschieden in der Traubenkompaktheit untersucht.

Die phänotypischen Untersuchungen dieser Arbeit zeigen, dass sechs von 20 erfassten Untermerkmalen der Traubenachitektur eine herausragende Rolle für den Grad der Traubenkompaktheit spielen. Traubengewicht, Beerenanzahl, Beerenvolumen, Rachislänge, Schulterlänge und Pedicellänge sind für die Züchtung des komplexen Merkmals Lockerbeerigkeit von vorrangiger Bedeutung. Dies gilt sowohl für 149 phänotypisch diverse F1 Individuen der Kreuzugspopulation, als auch für lockere und kompakte ‘Pinot Noir’ Klone aus fünf Selektionslinien.

Die genetischen Untersuchungen identifizieren acht Regionen des Referenzgenoms für Reben auf denen merkmalsgekoppelte quantitative Loci für bis zu vier Faktoren der Traubenarchitektur gemeinsam lokalisiert sind. Darüber hinaus können molekulare Marker mit starker Kopplung zu Faktoren der Traubenarchitektur benannt werden. Mit der Kombination aus drei der ermittelten molekularen Marker können 29 % der unerwünschten kompakten Genotypen in der Kreuzungspopulation (‘Calardis Musqué’ × ‘Villard Blanc’) selektionieret werden.

Expressionsstudien an mehreren Standorten zeigen, dass die differentielle Genexpression von 15 Kandidatengenen stabil mit Traubenarchitekturparametern von ‘Pinot Noir’ Klonen korreliert. In weiteren Studien mit, in Bezug auf Traubenarchitektur, stark unterschiedlichen Individuen aus diversem genetischem Hintergrund ergibt sich, dass das Transkriptionsfaktor kodierende Gen PRE6 und weitere sechs Gene mit Bezug zu Auxinmetabolismus, Zellwandlockerung und Strigolaktonen zwischen lockeren und kompakten Individuen differentiell exprimiert sind. Diese Gene können dazu geeignet sein um molekulare Marker für Traubenarchitektur zu entwickeln. Diese Marker können dann zur MAS von optimiertem Zuchtmaterial mit physikalischer Resilienz gegen Botrytis cinerea eingesetzt werden.