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.
- Befogadó sejtek, amelyek képesek egész növényekké növekedni.
- Módszer a gének sejtekbe történő átvitelére.
- A gének megfelelő expressziója a transzformált növényi sejtek által.
- Módszer a transzformált sejtek kiválasztására a nem transzformált sejtek közül.
- Az egész növények regenerálása.
- 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.
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.
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.
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.
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.
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