Lockerbeerigkeit bei Klonen von Spätburgunder (Pinot noir) : Analyse von molekularen Markern und der Einfluss von Gibberellin auf die Traubenmorphologie

Abstract

In viticulture, the architecture of the grape cluster affects the quality of the grapes. Compact grape clusters are more prone to B. cinerea infection, which reduces yield (Vail et al. 1998, Vail et al. 1991). Loose clusters have longer pedicel and rachis structures (Alleweldt 1959) and are less susceptible to B. cinerea. For this reason, the cultivation of clones with the loose cluster trait is of great interest. Loose clusters can result from the application of phytohormones, the spacing of the flower clusters, the thinning of fruit, or a reduced pruning. These treatments reduce berry set and promote pedicle elongation when applied to clones with compact clusters (Alleweldt 1959). Genetically based loose clustered grape phenotypes occur among grapevine cultivars. In this study we are able to differentitate between losse and compact clones using the marker FlExp2 on the basis of sequence data. The loose cluster clones show a 4 bp deletion at 219-222 bp and a C/T transition at 231 bp, unlike the compact cluster clones. In all tested Pinot ssp. clones, the sequence correlated to the phenotype. The marker was tested on other varieties such as Riesling, Gewurztraminer, Chardonnay, Chenin blanc, Cardinal and White Chasselas. The phenotypes were again consistent with the sequence. In the case of loose clustered table grapes, a deletion occurs instead of the transition at 231 bp. Additionally, the variety White Gutedel demonst- rated a C/T transition at 217 bp. These results were confirmed by sequencing 30 clo- nes (loose and compact clusters) in two repetitions in both directions. Both markers shwoed two fragments with a four bp difference. The amplification products are a In- del/SNP mutation for loose cluster and a „CTTT“ mutation for copmact cluster grapes.The CAPS and the SCAR marker identified that the trait of bunch architecture is heterozygous. The sequence of the amplification products was distinct for loose and compact cluster types. The SCAR marker shows two amplification products at 162 bp and 166 bp and the CAPS marker at 283 bp and 287 bp. The heterozygosity didn ́t produce a molecular marker for the MAS. In silico, analysis shows that the identified locus is in the Exon in the Vlexp1 gene. This gene is an expansin gene which is responsible for cell elongation (McQueen- Mason 1992). A part of the role which the hormones play in grape Morphology was analyzed in this study. The inflorescences of the genetically loose clustered clone 1-84 Gm did not show increased gibberellin concentration, indicating that gibberellin does not have a influence on the genetic based loose clone (1-84 Gm). However, the auxin concentra- tion in inflorescences of loose cluster clones increases earlier and remains high lon- ger than in those of the compact cluster clone 18 Gm. After a treatment with gib- berellin, the clone 1-84 Gm exhibited increased concentration of both gibberellin and auxin and formed even looser clusters. Similarly, the same treatment applied to the compact clone 18 Gm resulted in looser clusters and increased concentration of gib- berellin and auxin with a higher concentration of auxin for a longer period of time. It remains unclear precisely how the gibberellin treatment induces looser clusters. It may be that there is an interaction between gibberellin and auxin or that the auxin alone causes the cell extension. It remains an open question whether expansin toge- ther with gibberellin or auxin is responsible for the development of loose clusters, or if it is caused by a gibberellin auxin interaction. The growth pattern of the stalks and inflorescences were identified in order to put these results in context with the results of the hormone and genetic analysis. The stalks and inflorescences of the treated and untreated clones were measured weekly before GA3-application and continued four weeks after application. The growth of the flower clusters ended three weeks af- ter anthesis while the stalks grew continuously. In the loose cluster clone 1-84 Gm, the growth of stalks and flower clusters was significantly larger than in the compact cluster clone 18 Gm. The growth behavior of the peclone 18 Gm when treated with gibberellin was identical to the clone 1-84 Gm without gibberellin treatment. Gib- berellin treatment caused a significant increase in the growth of the stalk and flower clusters. The treated loose cluster clones formed the largest stalks while the untrea- ted compact cluster clone 18 Gm the smallest. Such clone growth behavior results in loose cluster architecture.

Im Weinbau ist die Traubenarchitektur von großer Bedeutung, da diese Auswirkun- gen auf die Qualität der Trauben hat. Kompakte Trauben neigen stärker zu einer B. cinerea Infektion, die ertragsreduzierend wirkt (Vail et al. 1998, Vail et al. 1991). Eine lockere Traube hat längere Stielchen und eine längeres Stielgerüst (Alleweldt 1959). Aus diesem Grund ist der Anbau von lockerbeerigen Klonen im Weinbau von großem Interesse. Lockerbeerigkeit kann durch die Applikation von Phytohormonen, Teilung der Gescheine, durch Fruchtausdünnung oder einen reduzierten Anschnitt entstehen. Bei der induzierten Lockerbeerigkeit bilden die kompakten Klone längere Stielchen und Gescheine aus und der Beerenansatz ist reduziert (Alleweldt 1959). Aus den kompakten Klonen wurden lockere Klone selektioniert. Im Laufe dieser Arbeit ist es anhand der Sequenzierungsprodukte des Markers FlExp2 gelungen, locker und kompakte Klone zu differenzieren. Die lockeren Klone zeigen eine 4 bp Deletion bei 219-222 bp und eine C/T Transition 231 bp gegenüber den kompakten Klonen. Zusätzlich wurde der Marker an den Sorten Riesling, Roter Traminer, Chardonnay, Chenin blanc, Cardinal und Weißer Gutedel getestet. Bei den lockerbeerigen Tafeltrauben tritt anstelle der Transition eine Deletion auf. Zudem zeigt die Sorte Weißer Gutedel eine C/T Transition bei 217 bp. Das Ergebnis wurde verifiziert, indem 30 Klone in beide Richtungen in zweifacher Wiederholung sequenziert wurden. Bei der Entwicklung des CAPS und SCAR Marker konnte nachgewiesen werden, dass das Merkmal Traubenarchitektur heterozygot ist. Beide Marker zeigen zwei Fragmente, die einen 4 bp Unterschied aufweisen. Die Amplifikations- produkte zeigen die Indel/SNP Mutation der lockeren und die „CTTT“ Mutation der kompakten Klone. Der CAPS Marker hat die Fragmente bei 283 bp und bei 287 bp und der SCAR Marker bei 162 bp und bei 166 bp. Aufgrund der Heterozygotie kann bisher kein Marker der MAS zur Verfügung gestellt werden. In silico Analysen zeigen, dass die Mutation für eine lockere Traubenarchitektur im Exon des Vlexp1 Gens liegt. Teilweise konnte die Rolle der Hormonkonzentration in den Infloreszenzen in Bezug auf die Traubenmorphologie entschlüsselt werden und erste Grundbausteine für weitere Untersuchungen gelegt werden. Die Infloreszenzen des genetisch lockeren Klons 1-84 Gm zeigten keinen erhöhten Gibberellingehalt. Daraus kann geschlossen werden, dass Gibberellin keinen Einfluss auf die Ausbildung einer genetisch bedingten lockeren Traube hat. Doch die Auxinkonzentration steigt früher an und ist länger erhöht gegenüber der Infloreszenzen des kompakten Klons 18 Gm. Durch eine Gib- berellinapplikation werden der Gibberellingehalt und Auxingehalt des Klons 1-84 Gm erhöht und eine noch stärkere lockere Traube ausgebildet. Die Applikation löst bei dem Klon 18 Gm eine lockere Traube aus. Der Gibberellin und Auxingehalt steigt an. Gibberellin bewirkt eine längere und höhere Auxinkonzentration bei dem Klon 18 Gm. Ungeklärt bleibt, wie die Gibberellinbehandlung die induzierte Lockerbeerigkeit auslöst, oder ob eine Gibberellin Auxin Interaktion oder Auxin alleine die Zellextension bewirkt. Ebenso bleibt offen, ob Expansin zusammen mit Gibberellin oder mit Auxin oder mit einer Gibberellin Auxin Interaktion eine lockere Traube ausbildet. Die Stielchen und Infloreszenzen der behandelten und unbehandelten Klone wurden vor und wöchentlich bis zu vier Wochen nach der GA3-Applikation gemessen. Dabei wurde festgestellt, dass das Wachstum der Gescheine drei Wochen nach der Anthe- sis endet, und dass der Stielchen kontinuierlich steigt. Bei dem lockeren Klon 1-84 Gm ist das Wachstum der Gescheine und Stielchen signifikant größer als bei dem kompakten Klon 18 Gm. Durch die Gibberellinbehandlung ist die Wachstumsintensität des Klons 1-84 Gm unbehandelt und des Klons 18 Gm behandelt identisch. Eine Gibberellinbehandlung bewirkt ein signifikantes stärkeres Wachstum der Gescheine und Stielchen. Der behandelte lockere Klon bildet die größten Stielchen aus und der unbehandelte Klon 18 Gm die kleinsten. Aufgrund dieses Wachstumsverhaltens der Klone entsteht eine lockere Traubenarchitektur.