Espressione dei geni del metabolismo dei carotenoidi in bacche di Vitis vinifera: effetti della defogliazione

I carotenoidi svolgono importanti ruoli biologici nelle cellule vegetali, quali la cattura della luce e la fotoprotezione. Essi costituiscono anche i precursori degli ormoni ABA e strigolattone, nonché della classe di aromi dei norisoprenoidi. Questi ultimi composti sono formati grazie a meccanismi ossidativi di tipo enzimatico o fotochimico in grado di degradare i carotenoidi per formare C13-norisoprenoidi, molecole responsabili di aromi di tipo floreale, fruttato e speziato dei vini. Recentemente sono stati identificati i principali geni responsabili della biosintesi e del catabolismo dei carotenoidi nella vite. Lo scopo del presente lavoro è stato valutare l’effetto della defogliazione sulla regolazione dei geni del metabolismo dei carotenoidi e come essa possa influire sul contenuto di questi composti durante lo sviluppo dell’acino. A questo proposito, è stata analizzata l'espressione di 26 geni tramite RT real-time PCR in acini di “Sangiovese” prelevati da piante controllo e defogliate alla fioritura di un vigneto a Suvereto (LI). Il campionamento è stato effettuato ogni 10-11 giorni a partire dalla fioritura fino alla vendemmia. Negli stessi campioni il contenuto dei carotenoidi è stato determinato tramite HPLC-DAD e messo in relazione all’espressione genica. Alla data di vendemmia i dati sono stati correlati anche con il contenuto in norisoprenoidi. Dalle analisi dei risultati dell’espressione dei geni a monte della via biosintetica coinvolti nella sintesi del licopene è emerso che la fitoene desaturasi (VvPDS1) è l’unico ad essere costantemente maggiormente espresso nel defogliato rispetto al controllo mostrando un ruolo della luce nell’induzione di tale gene come già dimostrato in lavori su altre specie. La fitoene sintasi (VvPSY1) è apparsa più espressa del controllo a 42 (VvPSY1) ed a 63 (VvPSY1 e VvPDS1) giorni dalla fioritura (63 giorni dalla fioritura corrisponde alla invaiatura). Tra i geni responsabili della successiva ciclizzazione del licopene e, quindi, della ramificazione della via di biosintesi, la licopene -ciclasi (VvLBCY1) è risultata maggiormente espressa rispetto alla licopene -ciclasi (VvLECY1) in entrambe le tesi. La prima catalizza la formazione del β-carotene, precursore delle β,β-xantofille; la seconda dell’α-carotene, precursore della luteina. Nonostante la più bassa espressione della VvLECY1, le analisi dei metaboliti hanno mostrato una concentrazione di luteina più elevata rispetto al β-carotene. Questo fa ipotizzare un maggiore utilizzo del β-carotene nel flusso metabolico al fine di produrre le β,β-xantofille a valle della via e potrebbe confermare il ruolo preponderante delle β,β-xantofille nella fotoprotezione rispetto alla luteina negli acini. La zeaxantina e l’anteraxantina sono risultate maggiori nel defogliato rispetto al controllo con un picco di concentrazione a 63 giorni dalla fioritura. In entrambe le tesi,questo dato non correla con l‘espressione della violaxantina de-epossidasi (VvVDE1), coinvolta nel ciclo delle xantofille in condizioni di elevata luminosità, poichè è risultata maggiormente espressa nel controllo rispetto al defogliato nel corso della prima metà della maturazione. Anche la neoxantina sintasi (VvNSY1) è risultata tendenzialmente più espressa nel defogliato a partire dall’invaiatura fino a quasi tutta la fase di maturazione. Per quanto riguarda i geni del catabolismo e quindi l’espressione delle carotenoid cleavage dioxygenases (CCD), le isoforme del gene VvCCD4 non presentano differenze di espressione in entrambe le tesi. Al contrario, l’isoforma VvCCD1.2 del defogliato presenta un’espressione relativa molto più elevata rispetto al controllo. I carotenoidi sono stati accumulati nel periodo tra l’allegagione e l’invaiatura, dopo tale periodo il contenuto è diminuito fino alla maturità tecnologica; in particolare, nel defogliato è stato degradato il 20% in più di carotenoidi rispetto al controllo e ciò correla con il maggior contenuto in C13-norisoprenoidi nel defogliato a vendemmia. I dati ottenuti in tale lavoro confermano il ruolo positivo della defogliazione sulla biosintesi dei carotenoidi e dei loro derivati C13-norisoprenoidi, importanti aromi delle uve e dei vini