Δευτερεύοντες μεταβολίτες Grape Berry και η διαμόρφωσή τους από αβιοτικούς παράγοντες σε ένα σενάριο κλιματικής αλλαγής–Μια ανασκόπηση

• ¹ Changins College για Αμπελουργία και Οινολογία, Πανεπιστήμιο Επιστημών και Τέχνης Δυτική Ελβετία, Νιόν, Ελβετία
• ² Unité de recherche Œnologie EA 4577, USC 1366 INRAE, Bordeaux, France
• ³ Institut des Sciences de la Vigne et du Vin CS 50008, Villenave d’Ornon, Γαλλία
• ⁴ College of Science amp; Engineering, Flinders University, Bedford Park, SA, Αυστραλία
• ⁵ Agriculture and Food (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation), Glen Osmond, SA, Αυστραλία
• ⁶ Τμήμα Γεωπονίας, Τροφίμων, Φυσικών Πόρων, Ζώων και Περιβάλλοντος, Πανεπιστήμιο Padova Agripolis, Legnaro, Ιταλία
• ⁷ Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Ambientali, Università degli Studi di Perugia, Περούτζια, Ιταλία
• ⁸ Faculty of Land and Food Systems, Wine Research Centre, The University of British Columbia, Vancouver, BC, Καναδάς

Η θερμοκρασία, το νερό, η ηλιακή ακτινοβολία και η ατμοσφαιρική συγκέντρωση CO2 είναι οι κύριοι αβιοτικοί παράγοντες που αλλάζουν στην πορεία της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Αυτοί οι αβιοτικοί παράγοντες διέπουν τη σύνθεση και την αποικοδόμηση των πρωτογενών (σάκχαρα, αμινοξέα, οργανικά οξέα, κ.λπ.) και δευτερογενών (φαινολικών και πτητικών γευστικών ενώσεων και των πρόδρομών τους) μεταβολιτών άμεσα, μέσω της ρύθμισης των βιοσυνθετικών οδών τους, ή έμμεσα, μέσω επιδράσεις στη φυσιολογία και τη φαινολογία του αμπελιού. Αρκετές εκατοντάδες δευτερογενείς μεταβολίτες έχουν εντοπιστεί στο μούρο του σταφυλιού. Η βιοσύνθεση και η αποδόμησή τους έχει χαρακτηριστεί και έχει αποδειχθεί ότι συμβαίνει κατά τη διάρκεια διαφορετικών αναπτυξιακών σταδίων του μούρου. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι διαφορετικοί αβιοτικοί παράγοντες ρυθμίζουν τον δευτερογενή μεταβολισμό και συνεπώς την ποιότητα των μούρων είναι ζωτικής σημασίας για τους κτηνοτρόφους και τους καλλιεργητές ώστε να αναπτύξουν φυτικό υλικό και αμπελουργικές πρακτικές για τη διατήρηση υψηλής ποιότητας παραγωγής φρούτων και κρασιού στο πλαίσιο της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Εδώ, εξετάζουμε τους κύριους δευτερογενείς μεταβολίτες του σταφυλιού, τη βιοσύνθεσή τους και πώς η συσσώρευση και η αποδόμησή τους επηρεάζεται από αβιοτικούς παράγοντες. Το πρώτο μέρος της ανασκόπησης παρέχει μια ενημέρωση σχετικά με τη δομή, τη βιοσύνθεση και την αποικοδόμηση των φαινολικών ενώσεων (φλαβονοειδή και μη φλαβονοειδή) και των κύριων αρωματικών ενώσεων (τερπένια, θειόλες, μεθοξυπυραζίνες και νορισοπρενοειδή C13). Το δεύτερο μέρος παρέχει μια ενημέρωση σχετικά με την επίδραση αβιοτικών παραγόντων, όπως η διαθεσιμότητα νερού, η θερμοκρασία, η ακτινοβολία και η συγκέντρωση CO2, στον δευτερογενή μεταβολισμό των μούρων. Στο τέλος της εργασίας, θέτουμε ορισμένα κρίσιμα ερωτήματα σχετικά με την ετερογένεια και τα αποτελέσματα της αραίωσης των μούρων εντός συστάδας και πώς η στρατηγική δειγματοληψίας μπορεί να επηρεάσει το αποτέλεσμα των μελετών σχετικά με την απόκριση του αμπελιού σε αβιοτικούς παράγοντες.

Φαινολικά μούρα σταφυλιού

Οι φαινολικές ενώσεις αποτελούν μια μεγάλη ομάδα δευτερογενών μεταβολιτών, οι οποίοι παράγονται μέσω διαφορετικών κλάδων της οδού του φαινυλοπροπανοειδούς. Διανέμονται ευρέως σε όλο το φυτικό βασίλειο και λειτουργούν ως χρωστικές ουσίες, αντιοξειδωτικά, μόρια σηματοδότησης, δομικά στοιχεία και συστατικά αμυντικών μηχανισμών (Rienth et al., 2019; Santos-Sánchez et al., 2019).

Αποτελούνται από μια ραχοκοκαλιά δακτυλίου φαινυλίου με μια ομάδα υδροξυλίου ή άλλα υποκατάστατα και γενικά ταξινομούνται σε μη φλαβονοειδή και φλαβονοειδή. Τα μη φλαβονοειδή αποτελούνται από απλά φαινολικά ραχοκοκαλιά C6 όπως υδροξυβενζοϊκά οξέα, υδροξυκινναμικά οξέα και πτητικές φαινόλες και ενώσεις ραχοκοκαλιάς C6-C2-C6 όπως στιλβένια. Οι φλαβονοειδείς ενώσεις που απαντώνται στα σταφύλια περιλαμβάνουν φλαβόνες, φλαβονόλες, φλαβανόνες, φλαβανόλες και ανθοκυανίνες (Εικόνα 1).

Εικόνα 1 . Δομή φλαβονολών (Α) , ανθοκυανινών (Β) και φλαβαν-3-ολών (C) (από Gouot et al., 2018).

Οι φαινολικές ενώσεις συντίθενται μέσω της γενικής οδού φαινυλοπροπανοειδούς (GPP) και των κατάντη αντιδράσεων της. Μετά τη δημιουργία ενδιάμεσων προϊόντων στο GPP, η ροή του άνθρακα κατευθύνεται σε συγκεκριμένες οδούς διακλάδωσης για την παραγωγή φλαβονοειδών, στιλβενίων και φαινολικών οξέων (Deng and Lu, 2017). Το σημείο εκκίνησης του GPP είναι το αρωματικό αμινοξύ φαινυλαλανίνη, ένα προϊόν της οδού σικιμικού, το οποίο αποτελεί έναν κύριο σύνδεσμο μεταξύ του πρωτογενούς και του δευτερογενούς μεταβολισμού στα αγγειακά φυτά (Santos-Sánchez et al., 2019).

Το GPP οδηγεί στην παραγωγή p-κουμαροϋλ-CoA από φαινυλαλανίνη, μέσω αντιδράσεων που καταλύονται από λυάση αμμωνίας φαινυλαλανίνης (PAL), κινναμικό-4-υδροξυλάση (C4H) και 4-κουμαρικό-CoA λιγάση (4CL). Περαιτέρω κατάντη ρ-κουμαροϋλ-CoA και μηλονυλ-CoA καταλύονται από τη συνθάση της χαλκόνης (CHS) και τη συνθάση στιλβενίου (STS) στα πρώτα βήματα της οδού φλαβονοειδών και στιλβενοειδών, αντίστοιχα.

Πρόσφατα, δύο μεταγραφικοί παράγοντες (TFs), ο VviMYB4a και ο VviMYB4b, έχουν χαρακτηριστεί ως αρνητικοί ρυθμιστές της σύνθεσης φαινυλοπροπανοειδούς και υδροκινναμωμικού οξέος (Cavallini et al., 2015) και μπορούν να καταστείλουν τα ανοδικά γονίδια του φαινυλοπροπανοειδούς βιοσύνθεσης skinetway (alway berryozetu). ., 2019).

Μη φλαβονοειδή φαινολικά

Οι συγκεντρώσεις των μη φλαβονοειδών φαινολικών ενώσεων που υπάρχουν στα σταφύλια και τα κρασιά είναι σχετικά χαμηλές (25-60 mg L ^-1 ), με εξαίρεση τα υδροξυκινναμωμικά οξέα (150-200 mg L ^-1 ) (Kennedy et al., 2006). Βρίσκονται κυρίως στον πολτό των μούρων και είναι οι κύριες φαινολικές ενώσεις στα μούρα των λευκών ποικιλιών, αν και φτάνουν παρόμοια μεγέθη στα κόκκινα (Kennedy et al., 2006).

Οι κύριες μη φλαβονοειδείς ενώσεις που υπάρχουν στα σταφύλια είναι τα υδροξυκινναμικά οξέα: π-κουμαρικό οξύ, καφεϊκό οξύ, φερουλικό οξύ και οι εστεροποιημένες μορφές τους, κουταρικό, καφταρικό και φερταρικό οξύ (Zhang et al., 2013). Η βιοσύνθεσή τους λαμβάνει χώρα κατά την πρώτη φάση της ανάπτυξης των μούρων μέχρι τη φάση υστέρησης (ποώδη οροπέδιο) και καταλύεται από την 3-Ο-μεθυλοτρανσφεράση του καφεϊκού οξέος (COMT) και την καφεοϋλο-CoA 3-Ο-μεθυλοτρανσφεράση (CCoAOMT) κατάντη του GPP. Αν και η συσσώρευση συμβαίνει κυρίως στη σάρκα, υπάρχουν σε όλους τους ιστούς των μούρων (Cadot et al., 2006; Braidot et al., 2008). Σε υποδερμικά κύτταρα, μεσοκάρπιο και πλακούντα κύτταρα του πολφού, τα υδροξυκινναμικά μπορεί να συζευχθούν με ανθοκυανίνες (Cadot et al., 2006; Conde et al., 2007; Castellarin et al., 2012; Kuhn et al., 2013). Οι δευτερεύουσες μη φλαβονοειδή ενώσεις περιλαμβάνουν υδροξυβενζοϊκά οξέα που υπάρχουν στα σταφύλια σε πολύ χαμηλότερες συγκεντρώσεις από τα υδροξυκινναμωμικά οξέα και περιλαμβάνουν γεντισικό οξύ, σαλικυλικό οξύ, γαλλικό οξύ και π-υδροξυβενζοϊκό οξύ (Vanhoenacker et al., 2001; Pozo-Bayon et al. ., 2003· Ali et al., 2010). Το πιο αντιπροσωπευόμενο υδροξυβενζοϊκό οξύ είναι το γαλλικό οξύ, το οποίο υπάρχει και σε ελεύθερη μορφή ή, στον σπόρο, ως ακυλο υποκαταστάτης των φλαβαν-3-ολών (περιγράφεται παρακάτω) (Adams, 2006).

Τα στιλβενοειδή σταφυλιού περιλαμβάνουν cis- και trans-resveratrol, piceatannol, cis- και trans-piceid, astringin, pallidol και α-, β-, γ-, δ-, ε-viniferin. Αν και τα στιλβενοειδή υπάρχουν σε ίχνη στο κρασί, τραβούν την προσοχή λόγω των πιθανών οφελών τους για την υγεία (Akinwumi et al., 2018). Έχει αποδειχθεί ότι προστατεύουν το φυτό από διάφορα παθογόνα και έχουν ανιχνευθεί σε σημαντικές συγκεντρώσεις σε φύλλα και μούρα αμπέλων με υψηλή πίεση και ανθεκτικά σε ασθένειες είδη Vitis όπως το V. amurensis (Kiselev et al., 2017). Ως εκ τούτου, αντιπροσωπεύουν σημαντικούς βιοδείκτες και μοριακό στόχο για στρατηγικές αναπαραγωγής με στόχο την ανάπτυξη ποικιλιών ανθεκτικών στις ασθένειες (Gindro et al., 2012· Viret et al., 2018).

Τα στιλβένια συσσωρεύονται ως επί το πλείστον στα μούρα μετά την έναρξη της ωρίμανσης (véraison) (Gatto et al., 2008) και η ρύθμιση της βιοσύνθεσής τους ρυθμίζεται έντονα τόσο από βιοτικούς όσο και από αβιοτικούς παράγοντες (Vannozzi et al., 2012· Savoi et al. , 2017). Η συγκέντρωση στιλβενίων στα σταφύλια εξαρτάται από την ποικιλία. Γενικά, τα κόκκινα σταφύλια έχουν υψηλότερα επίπεδα στιλβενίου από τα λευκά σταφύλια (Bavaresco et al., 2016). Τα αναφερόμενα επίπεδα στα σταφύλια κυμαίνονται από 0,2 έως 1,8 mg kg ⁻¹ φρέσκου βάρους υγιών σταφυλιών για ποικιλίες που ταξινομήθηκαν ως παραγωγοί χαμηλού στιλβενίου (π.χ. Nebbiolo ή Aglianico), αλλά μπορούν να φτάσουν έως και 33,4 mg kg-1 σε παραγωγούς με υψηλή περιεκτικότητα σε στιλβένιο. gt; 2,3 mg kg ⁻¹ ) όπως το Pinot Noir (Gatto et al., 2008) ή το Syrah (Favre et al., 2020).

Τα στιλβένια μπορούν να είναι γλυκοζυλιωμένα ή μεθυλιωμένα. Το στιλβένιο με την απλούστερη μοριακή δομή είναι η ρεσβερατρόλη, η οποία υπάρχει ως trans ή cis ισομερές (Kiselev et al., 2017). Η ρεσβερατρόλη έχει συσχετιστεί με το λεγόμενο «γαλλικό παράδοξο», όπου ο σχετικά χαμηλός κίνδυνος καρδιαγγειακής νόσου στον γαλλικό πληθυσμό παρά την υψηλή πρόσληψη κορεσμένων λιπαρών αποδόθηκε στη σχετικά υψηλή πρόσληψη ρεσβερατρόλης μέσω της κατανάλωσης κρασιού (Renaud and de Lorgeril, 1992 ). Σε μεταγενέστερες μελέτες, η ρεσβερατρόλη χαρακτηρίστηκε η κύρια ουσία μεταξύ άλλων φαινολικών ενώσεων που ευθύνονται για τέτοιες προστατευτικές επιδράσεις (Pastor et al., 2019). Οι αντικαρκινικές, αντιφλεγμονώδεις, αντικαρκινογόνες, καρδιοπροστατευτικές, αγγειοχαλαρωτικές, φυτοοιστρογόνες και νευροπροστατευτικές του ιδιότητες έχουν αναφερθεί σε πολυάριθμες μελέτες (Guerrero et al., 2009; Chalons et al., 2018; Ramírez-Garza et al., 2018; Salehi et al., 2018; Wurz, 2019).

Η ρεσβερατρόλη είναι ο πρόδρομος για άλλα στιλβενοειδή όπως τα piceids, η trans- και cis-resveratrol-3-O-β-D-glucopyranosidade και η astringin. Το πτεροστιλβένιο (3,5-διμεθοξυ-4′-υδροξυστιλβένιο), το οποίο παρουσιάζει ενισχυμένη αντιμυκητιακή δράση σε σύγκριση με τις μη μεθυλιωμένες στιλβενοειδείς μορφές, σχηματίζεται με την προσθήκη δύο μεθυλομάδων στη ρεσβερατρόλη (Chong et al., 2009). Η οξείδωση της ρεσβερατρόλης παράγει ολιγομερή που ονομάζονται βινιφερίνες. Οι πιο σημαντικές βινιφερίνες είναι η α-, β-, γ-, δ- και ε-βινιφερίνη, που αποτελούνται ουσιαστικά από κυκλικά ολιγομερή της ρεσβερατρόλης (Castellarin et al., 2012).

Στο γονιδίωμα της αμπέλου, έχουν περιγραφεί σαράντα πέντε γονίδια συνθετάσης στιλβενίου (STS), το βασικό ένζυμο της βιοσύνθεσης της ρεσβερατρόλης, από τα οποία τουλάχιστον 33 κωδικοποιούν πρωτεΐνες πλήρους μήκους. Πολλαπλά συμβάντα διαδοχικών και τμηματικών διπλασιασμού οδήγησαν στην άνοδο αυτής της οικογένειας γονιδίων (Vannozzi et al., 2012). Πολλά από αυτά τα VviSTS εμφανίζουν μεταβαλλόμενο πρότυπο έκφρασης κατά την ανάπτυξη και την ωρίμανση των καρπών, όπως φαίνεται από τη μεταγραφική ανάλυση (Massonnet et al., 2017). Στις ποικιλίες κόκκινων μούρων, η έκφραση των VviSTS αυξάνεται κατά τα τελευταία στάδια της ωρίμανσης, με συνέπεια με την έκφραση δύο R2R3 MYB TF, VviMYB14 και VviMYB15 (Holl et al., 2013), που είναι γνωστό ότι ρυθμίζουν τη βιοσύνθεση στιλβενίου. Μεταξύ των πολλών TF που προτείνονται για τη ρύθμιση αυτής της οδού (Wong et al., 2016; Vannozzi et al., 2018) τα δύο WRKY TF, VviWRKY24 και VviWRKY03, συμβάλλουν σε διαφορετικά επίπεδα στη ρύθμιση του VviSTS. Αυτό συμβαίνει με την άμεση ενεργοποίηση των VviSTS και τη συνεργιστική δράση με τα MYB TF. Πρόσφατα, οι Jiang et al. (2019) έδειξε ότι το VvWRKY8 καταστέλλει την έκφραση VvSTS15/21 και συνεπώς τη βιοσύνθεση στιλβενίου μέσω της αλληλεπίδρασης με το VvMYB14.

Φλαβονοειδή Φαινολικά

Τα φλαβονοειδή αποτελούν σημαντικό ποσοστό των φαινολικών ενώσεων στα κόκκινα σταφύλια (1.000–1.800 mg L ⁻¹ ) και μπορούν να θεωρηθούν ως οι πιο σημαντικές ενώσεις που καθορίζουν την ποιότητα στα κόκκινα κρασιά, καθώς συμβάλλουν στο χρώμα, τη γεύση, την υφή και τη στυπτικότητα. Τα φλαβονοειδή είναι C6–C3–C6 πολυφαινολικές ενώσεις, όπου οι δύο υδροξυλιωμένοι δακτύλιοι βενζολίου ενώνονται με μια αλυσίδα τριών άνθρακα. Σύμφωνα με την κατάσταση οξείδωσης του δακτυλίου C3, αυτές οι ενώσεις χωρίζονται σε φλαβονόλες, φλαβαν-3-όλες (οι οποίες περιλαμβάνουν απλές φλαβαν-3-όλες και τις πολυμερείς τους μορφές προανθοκυανιδίνες, γνωστές και ως τανίνες) και ανθοκυανίνες (Castellarin et al. , 2012). Τα φλαβονοειδή εντοπίζονται κυρίως τόσο στα περιφερειακά στρώματα του περικαρπίου (δέρμα) όσο και στο κάλυμμα του σπόρου (Teixeira et al., 2013).

Η οδός των φλαβονοειδών έχει χαρακτηριστεί καλά στην αμπέλια. Τα περισσότερα από τα γονίδια που κωδικοποιούν δομικά στοιχεία της οδού των φλαβονοειδών υπάρχουν σε χαμηλούς αριθμούς αντιγράφων εκτός από τα γονίδια που κωδικοποιούν τις φλαβονοειδείς-3′,5′-υδροξυλάσες (F3’5’H’s). Το p-Coumaroyl-CoA και το malonyl-CoA είναι τα υποστρώματα της συνθάσης της χαλκόνης (CHS), η οποία καταλύει το πρώτο στάδιο της σύνθεσης φλαβονοειδών. Στη συνέχεια, η χαλκόνη ναριγγενίνης μετασχηματίζεται σε φλαβανόνη ναριγγενίνης με ισομεράση χαλκόνης (CHI) και σε διυδροκαεμπφερόλη από φλαβονοειδές-3-υδρολάση (F3H). Η οδός στη συνέχεια χωρίζεται σε δύο κύριους κλάδους που καταλύονται από δύο φλαβονοειδείς υδροξυλάσες, τη φλαβονοειδή-3′-υδροξυλάση (F3’H) και τη φλαβονοειδή-3’5′-υδροξυλάση (F3’5’H), οι οποίες δημιουργούν διυδροξυλιωμένη και τρι -υδροξυλιωμένα φλαβονοειδή, αντίστοιχα (Azuma, 2018). Στο γονιδίωμα του αμπέλου έχει συμβεί πολλαπλασιασμός των F3’5’Hs,

Φλαβονόλες, όπως η καμπφερόλη, η κερσετίνη, η μυρικετίνη, η ισοραμνετίνη, η λαρικιτρίνη και η συριγγετίνη συντίθενται από συνθάσες φλαβονόλης (FLSs) (Downey et al., 2004), που ρυθμίζονται από ένα TF που προκαλείται από το φως (VviMYBF1/VviMYB1) (al.,Czemmel1) 2009). Δύο μελέτες έδειξαν ότι τρία επιπλέον bZIP TF, VviHYH, VviHY5 και VvibZIPC22, συμβάλλουν στη ρύθμιση των συνθασών της φλαβονόλης και στη συσσώρευση φλαβονόλης στα μούρα (Malacarne et al., 2015; Loyola et al., 2016). Το TF VviMYBF1 είναι μέρος ενός ρυθμιστικού καταρράκτη του VviHY5/HYH που δυνητικά περιλαμβάνει θετική ανατροφοδότηση (Loyola et al., 2016; Czemmel et al., 2017). Οι φλαβονόλες γλυκοζυλιώνονται από φλαβονολ-3-Ο-γλυκοζυλοτρανσφεράσες (VviGT3-5-6) και φλαβονολ-3-Ο-ραμνοσυλτρανσφεράση (VviRhaT1) και υπάρχουν στο μούρο ως γαλακτοσίδες, ραμνοσίδες, ρουτινοσίδες και γλυκουρονίδια (,O. 2010· Czemmel et al.,

Flavan-3-olsσυντίθενται από την άνθηση μέχρι τη φάση υστέρησης μέσω των αναγωγασών λευκοανθοκυανιδίνης (LAR1-2) ή μιας ανθοκυανιδίνης αναγωγάσης (ANR) (Bogs et al., 2005), οι οποίες ρυθμίζονται από TF της οικογένειας MYB. Συγκεκριμένα, το VviLAR1 και το VviANR βρίσκονται υπό τον έλεγχο των VviMYBPA1 και VviMYBPA2 (Bogs et al., 2007; Terrier et al., 2009), ενώ το VviLAR2 ελέγχεται από το VviMYBPAR (Koyama et al., 2014). Στα σταφύλια, οι κύριες μονομερείς φλαβαν-3-όλες είναι η ( )-κατεχίνη, (-)-επικατεχίνη, (-)-επικατεχίνη-3-Ο-γαλλική, ( )-γαλλοκατεχίνη και (-)-επιγαλλοκατεχίνη (Mattivi et. al., 2009) και αποτελούν τα δομικά στοιχεία για τις προ-ανθοκυανιδίνες (συμπυκνωμένες τανίνες). Οι μηχανισμοί που εμπλέκονται στον πολυμερισμό, τη γαλοϋλίωση και τη μεταφορά της τανίνης στα κενοτόπια δεν είναι καλά αποσαφηνισμένοι (Zhao et al., 2010).

Οι ανθοκυανίνες είναι οι χρωστικές που είναι υπεύθυνες για το χρώμα των κόκκινων σταφυλιών και των κρασιών. Συντίθενται στα επιδερμικά και υποδερμικά κύτταρα του δέρματος των μούρων και αποθηκεύονται στα κυτταρικά κενοτόπια από την έναρξη της ωρίμανσης (véraison). Λίγες κόκκινες ποικιλίες, που συνήθως αποκαλούνται με τη γαλλική λέξη «Teinturier», συσσωρεύουν ανθοκυανίνες και στη σάρκα (Ageorges et al., 2006; Castellarin et al., 2011; Falginella et al., 2012).

Στο Vitis vinifera, οι ανθοκυανίνες γλυκοσυλιώνονται στη θέση 3′. Μπορούν να αντικατασταθούν με δύο (διοξυγονωμένα: κυανιδιν- και πεονιδιν-3-Ο-γλυκοσίδες) ή τρία (τρι-οξυγονωμένα: δελφινιδιν-, πετούνιδιν- και μαλβιδιν-3-Ο-γλυκοσίδες) υδροξύλια (-ΟΗ) και /ή ομάδες μεθοξυλίου (-OCH3) στον πλευρικό δακτύλιο (Β) της φλαβονοειδούς δομής. Η γλυκοζυλίωση λαμβάνει χώρα μέσω της δραστικότητας του ενζύμου UDP-γλυκόζη, φλαβονοειδές-3-Ο-γλυκοζυλοτρανσφεράση (UFGT) (Boss et al., 1996a,b). Οι ανθοκυανινο-Ο-μεθυλ τρανσφεράσες (VviAOMT1-3) μεθυλιώνουν κυανιδιν-3-Ο-γλυκοσίδη και δελφινιδιν-3-Ο-γλυκοσίδη σε πεονιδιν-3-Ο-γλυκοσίδη, πετούνιδιν-3-Ο-γλυκοσίδη και μαλβιδίνη-3-Ο -γλυκοσίδη (Fournier-Level et al., 2011). Οι περισσότερες ανθοκυανίνες μπορούν να ακυλιωθούν στη θέση 6′ της γλυκόζης που προκαλείται από μια ανθοκυανινο-3-Ο-γλυκοζίτη-6′-Ο-ακυλοτρανσφεράση (Vvi3AT) για να παραχθεί 3-Ο-6′-ακετυλ-, 3-Ο-6′-κουμαροϋλο- και 3-Ο-6′-καφεοϋλο-μονογλυκοσίδες (Rinaldo et al., 2015). Η σύνθεση των ανθοκυανινών (το σχετικό τμήμα των επιμέρους ανθοκυανινών, η αναλογία διοξυγονωμένων προς τριοξυγονωμένων μορφών πλευρικού δακτυλίου, η αναλογία ακυλιωμένων έναντι μη ακυλιωμένων παραγώγων κ.λπ.) ποικίλλει μεταξύ των ποικιλιών αμπέλου (Monagas et al. , 2003, Theodorou et al., 2019) και μπορεί να τροποποιηθεί από αβιοτικούς παράγοντες όπως συζητείται σε επόμενες ενότητες.

Τα δύο TFs VviMYBA1 και A2 είναι οι βασικοί γενετικοί καθοριστικοί παράγοντες της σύνθεσης ανθοκυανίνης μούρων (Kobayashi et al., 2004· Walker et al., 2007). Πρόσφατα αποδείχθηκε ότι τα VviMYBA6 και VviMYBA7, επιπλέον μέλη της οικογένειας MYBA, ρυθμίζουν τη βιοσύνθεση ανθοκυανίνης στα βλαστικά όργανα (Matus et al., 2017) και ότι και τα δύο διαθέτουν επίσης την ικανότητα να αλλάζουν τη μελάγχρωση και τη σύνθεση της ανθοκυανίνης των φρούτων υπό ακραίες αβιοτικές συνθήκες (π. UV-B) κατά την ωρίμανση (Czemmel et al., 2017). Πρόσφατα, οι Costantini et al. (2017) αναγνώρισε ένα σύνολο νέων υποψήφιων γονιδίων υπεύθυνων για την παραλλαγή της ανθοκυανίνης μεταξύ των ποικιλιών.

Η μετατόπιση των ανθοκυανινών-ακυλογλυκοσιδών στο κενοτόπιο προκαλείται από μεταφορείς τύπου MATE που εντοπίζονται στον τονοπλαστικό (VviAnthoMATE1-3) (Gomez et al., 2009), ενώ η μετατόπιση των γλυκοζυλιωμένων ανθοκυανινών λαμβάνει χώρα μέσω μιας εξαρτώμενης από γλουταθειόνης γλουταθειόνης δέσμευσης γλουταθειόνης. (ABC) πρωτεΐνη (VviABCC1) (Francisco et al., 2013). Επιπλέον, οι S-τρανσφεράσες της γλουταθειόνης (VviGSTs) έχουν συσχετιστεί με τη μεταφορά ανθοκυανινών (Conn et al., 2008). Συγκεκριμένα, οι VviGST1 και VviGST4 έχουν αποδειχθεί ότι εμπλέκονται στη συσσώρευση ανθοκυανίνης στο κενοτόπιο (Pérez-Díaz et al., 2016).

Η σύνθεση υδροξυκινναμωμικών οξέων, στιλβενίων, φλαβονολών, φλαβανολών και ανθοκυανινών διαχωρίζεται χωρικά και χρονικά κατά την ανάπτυξη του σταφυλιού και ρυθμίζεται στενά από ένα τεράστιο μεταγραφικό δίκτυο γονιδίων. Εκτός από τα ήδη περιγραφέντα TF, δύο MYB (VviMYB5a-b) έχουν αποδειχθεί ότι είναι γενικοί ρυθμιστές της οδού των φλαβονοειδών και, ειδικότερα, ρυθμίζουν το προφίλ έκφρασης πολλών γονιδίων φλαβονοειδών όπως VviCHI, VviF3’5’H, VviLDOX , VviLAR και VviANR κατά την ανάπτυξη των μούρων (Deluc et al., 2006; Cavallini et al., 2015). Πρόσφατα, αρκετά R2R3-MYB (VviMyb4a, VviMyb4b, VviMybC2-L1, VviMybC2-L2, VviMybC2-L3 και VviMyb4-όπως) χαρακτηρίστηκαν ως καταστολείς τόσο της προανθοκυανιδίνης όσο και της ανθοκυανιδίνης (αλ. , 2015· Muñoz et al., 2019). Εξάλλου,

Ενώσεις αρώματος μούρων σταφυλιού

Σε αυτή την ενότητα, δίνεται μια σύντομη επισκόπηση του σχηματισμού αρωματικής ένωσης στα μούρα σταφυλιού για να τεθεί η βάση για τα επόμενα μέρη της αβιοτικής αλληλεπίδρασης με τη σύνθεσή τους. Για πιο λεπτομερείς πληροφορίες παραπέμπουμε τον αναγνώστη στην πρόσφατα δημοσιευμένη κριτική των Lin et al. (2019).

Οι κύριες ομάδες αρωματικών ενώσεων σταφυλιού και κρασιού είναι μονο- και σεσκιτερπένια, μεθοξυπυραζίνες, παράγωγα φουρανίου, προϊόντα οδού λιποξυγενάσης, προϊόντα μονοπατιού φαινυλοπροπανοειδών, νορισοπρενοειδή και πτητικές ενώσεις θείου όπως οι θειόλες. Βρίσκονται κυρίως ως μη πτητικές πρόδρομες ουσίες στο μούρο και απαιτούν περαιτέρω τροποποιήσεις για να γίνουν αντιληπτές (Dunlevy et al., 2013; Parker et al., 2018; Lin et al., 2019).

Τερπένια

Τα τερπένια παίζουν ρόλους ως φυτοορμόνες, αντιδραστήρια τροποποίησης πρωτεϊνών, αντιοξειδωτικά, απωθητικά φυτοφάγων και ελκυστικά αρπακτικών και παρασιτοειδών φυτοφάγων (Pichersky and Raguso, 2018). Τα τερπενοειδή του σταφυλιού μείζονος αρωματικής σημασίας στα σταφύλια μπορούν να χωριστούν ανάλογα με τη χημική τους δομή σε μονοτερπένια (C10) και σεσκιτερπένια (C15). Επιπλέον, τα καροτενοειδή (C40) μπορούν να συμπεριληφθούν σε αυτόν τον κατάλογο ως πρόδρομες ουσίες αρώματος (Dunlevy et al., 2013; Ilc et al., 2016).

Περίπου 50 μονοτερπένια (συμπεριλαμβανομένων των μορφών cis και trans) έχουν εντοπιστεί στα σταφύλια και το κρασί, με ένα σημαντικό ποσοστό από αυτά να είναι παράγωγα λιναλοόλης (Strauss et al., 1986; Black et al., 2015; Ilc et al., 2016). Τα κύρια μονοτερπένια που υπάρχουν στα σταφύλια είναι η λιναλοόλη, η γερανιόλη, η νερόλη, η κιτρονελλόλη, η (Ε)-χοτριενόλη, η α-τερπινεόλη και τα οξείδια του τριαντάφυλλου (Εικόνα 2) (Matarese et al., 2014), τα οποία προσδίδουν ανθώδεις και φρουτώδεις νότες στα κρασιά. Siebert et al., 2018). Γενικά, στις αρωματικές ποικιλίες, οι συγκεντρώσεις των τερπενίων κορυφώνονται νωρίς κατά την ανάπτυξη των πράσινων μούρων, μειώνονται μέχρι το verraison και αυξάνονται έντονα κατά την ωρίμανση (De Billerbeck et al., 2003; Matarese et al., 2013; Costantini et al., 2017). Αντίστροφα, οι Poitou et al. (2017b) βρήκε ότι η συγκέντρωση της 1,8-κινεόλης μειώνεται κατά την ωρίμανση. 1,8-κινεόλη, κοινώς γνωστή ως ευκαλυπτόλη, είναι η κύρια αρωματική ένωση που υπάρχει στα φύλλα πολλών ειδών ευκαλύπτου. Στα αυστραλιανά κρασιά, η παρουσία αυτής της ένωσης έχει αποδοθεί στην γειτνίαση των αμπελώνων με ευκάλυπτους και στην ενσωμάτωση υλικού ευκαλύπτου στα τρυγημένα σταφύλια (Capone et al., 2012). Η 1,8-κινεόλη αναγνωρίστηκε επίσης ως ένας παράγοντας που συνεισφέρει στο άρωμα της ποικιλίας που θυμίζει μενθόλη και τη συνολική αντίληψη του πράσινου των άγουρων σταφυλιών των ποικιλιών της οικογένειας Carmenet και εν μέρει συνδέεται με την εγγύτητα του χωροκατακτητικού φυτού Artemisia verlotiorum (Poitou et al. , 2017β).

Εικόνα 2 . Δομή των κύριων μονοτερπενίων που βρίσκονται στα σταφύλια.

Οι ποικιλίες σταφυλιού μπορούν να ομαδοποιηθούν χονδρικά σε τρεις κατηγορίες με βάση τη συνολική τους συγκέντρωση ελεύθερου μονοτερπενίου και το προφίλ μονοτερπενίου στα κρασιά τους: οι ποικιλίες που ονομάζονται «ουδέτερες» (π.χ. Chardonnay και Chasselas) έχουν χαμηλές συγκεντρώσεις τερπενίων, οι ποικιλίες πιο «αρωματικές» (π.χ. Gewürztraminer , Albariño, Scheurebe, Auxerrois και Riesling) έχουν μέτριες (1–4 mg L ⁻¹ ) συγκεντρώσεις τερπενίων και ποικιλίες «τύπου Muscat» (π.χ. Muscat de Frontignan, Muscat of Alexandria, Muscat d’Ottonel, Muscat de Hambourg, Το λευκό Μοσχάτο, κ.λπ.) έχουν υψηλές (έως και 6 mg L ⁻¹ ) συγκεντρώσεις τερπενίων (Darriet et al., 2012).

Τα σεσκιτερπένια συμβάλλουν ελάχιστα στο άρωμα του σταφυλιού και του κρασιού, καθώς οι συγκεντρώσεις τους είναι συχνά κάτω από το οσφρητικό όριο. Το πιο μελετημένο σεσκιτερπένιο είναι το (-)-ροτονδόνη, το οποίο προσδίδει έναν πιπεράτο χαρακτήρα σε ορισμένες κόκκινες και λευκές ποικιλίες, όπως οι Syrah, Duras, Durif και Viognier (Wood et al., 2008; Geffroy et al., 2014, 2018, 2019).

Τα τερπένια παράγονται μέσω δύο ανεξάρτητων οδών: (1) της πλαστιδιακής οδού 4-φωσφορικής 2C-μεθυλ-D-ερυθριτόλης (MEP), η οποία είναι η κυρίαρχη οδός για τα μονοτερπένια (C10) και τα διτερπένια (C20) και (2) το μονοπάτι κυτοσολικού μεβαλονικού (MVA), που είναι η κύρια οδός για τα σεσκιτερπένια (Bohlmann and Keeling, 2008).

Το βασικό ένζυμο της οδού MEP στην αμπέλια έχει αποδειχθεί ότι είναι η 5-φωσφορική συνθάση της 1-δεοξυ-D-ξυλουλόζης (VviDXS) (Battilana et al., 2009, 2011· Duchene et al., 2009a). Περαιτέρω κατάντη τερπενιοσυνθάσες (TPSs) ρυθμίζουν την παραγωγή μονοτερπενίου ή σεσκιτερπενίου (Martin et al., 2010; Matarese et al., 2013, 2014). Το γονιδίωμα του Vitis vinifera περιέχει 69 πιθανά TPS, από τα οποία τα 39 χαρακτηρίστηκαν λειτουργικά (Martin et al., 2010) και μπορεί να χωριστεί σε επτά κλάσεις: TPS-a, -b, -c, -d, -e/f, -g, και -h (Chen et al., 2011). Το TPS-a clade (30 γονίδια) αποτελείται κυρίως από σεσκιτερπένια και πιθανώς συνθάσες διτερπενίου, λαμβάνοντας υπόψη ότι το κλάδεμα TPS-b (19 γονίδια) και το κλάδο TPS-g (17 γονίδια) αποτελείται κυρίως από συνθάσες μονοτερπενίου και οι κλάδες TPS-c (2 γονίδια) και TPS-e/f (1 γονίδιο) αποτελούνται από γονίδια που σχετίζονται στον μεταβολισμό των φυτικών ορμονών και συνήθως υπάρχουν σε ένα μόνο αντίγραφο στα γονιδιώματα των φυτών. Δεν είναι ακόμη γνωστά TPS-d και TPS-h πλήρους μήκους στην αμπέλια (Martin et al., 2010). Αρκετά γονίδια, όπως η υδροξυλάση nudix, πρωτεΐνες που σχετίζονται με κυστίδια, μεταφορείς ABCG, S-τρανσφεράσες γλουταθειόνης και περμεάσες αμινοξέων είναι πιθανά υποψήφια γονίδια για τη ρύθμιση της βιοσύνθεσης των μονοτερπενίων και τη συσσώρευση στο μούρο (Costantini et al., 2017). Οι Cramer et al. (2014) υπέθεσαν ότι η σηματοδότηση αιθυλενίου θα μπορούσε να παίξει ρόλο στη βιοσύνθεση των τερπενίων, κάτι που έχει επισημανθεί από μια θετική συσχέτιση μεταξύ της παραγωγής αρώματος και των ERF TFs. Οι ορμόνες γιασμαμονικό οξύ και μεθυλοϊασμονικό άλας θεωρούνται ότι εμπλέκονται ως κύριοι ρυθμιστές της βιοσύνθεσης των τερπενίων στα σταφύλια (Savoi et al., 2016; D’Onofrio et al., 2018). Τα βασικά γονίδια που εμπλέκονται στη σύνθεση του σεσκιτερπενίου (-)-ροτονδόνης έχουν ταυτοποιηθεί ως VviGuaS, VviTPS24 και VviSTO2 (Takase et al., 2015; Drew et al., 2016).

Τα περισσότερα μονοτερπένια και σεσκιτερπένια υπάρχουν στα μούρα ως μη πτητικά τερπενικά γλυκοσίδια. Μέχρι στιγμής, μόνο τρεις μονοτερπενολικές γλυκοζυλοτρανσφεράσες έχουν χαρακτηριστεί στην αμπέλια, VviGT7-14-15 (Li et al., 2017). Επίσης, το κυτόχρωμα P450 CYP76F14 εμπλέκεται σε αρκετούς ενζυμικούς μετασχηματισμούς μονοτερπενίων, συμπεριλαμβανομένης της υδροξυλίωσης (μονο- και πολυ- υδροξυλιώσεων), της κυκλοποίησης και της οξείδωσης μέσω διαδοχικών αντιδράσεων, συμπεριλαμβανομένης της αφυδάτωσης των λειτουργιών αλκοόλης σε όξινα μέσα. Αυτά τα φαινόμενα μπορούν να οδηγήσουν σε αύξηση της ποικιλότητας των μονοτερπενίων στα σταφύλια και στα κρασιά (Schwab and Wüst, 2015). Για παράδειγμα, το κυτόχρωμα P450 καταλύει τη μετατροπή της λιναλοόλης σε (Ε)-8-καρβοξυλιναλόλη, η οποία, κατά τη ζύμωση του κρασιού, παράγει μια λακτόνη κρασιού, ένα βασικό αρωματικό των κρασιών Gewürztraminer (Ilc et al., 2016).

Νορισοπρενοειδή

Τα νορισοπρενοειδή είναι μια διαφορετική ομάδα ευρέως διαδεδομένων ενώσεων που προέρχονται από την οξειδωτική διάσπαση των καροτενοειδών (Εικόνα 3) – χρωστικές που συμβάλλουν στη συλλογή φωτός και στην προστασία της φωτοσυνθετικής συσκευής από τη φωτοοξείδωση (Rodríguez-Concepción et al., 2001). Τα καροτενοειδή συντίθενται από το διφωσφορικό ισοπεντενυλεστέρα (IPP) και το διφωσφορικό διμεθυλαλλυλικό ισομερές διπλού δεσμού του (DMAPP) μέσω της οδού MEP με το DXS ως ένζυμο περιορισμού του ρυθμού.

Εικόνα 3 . Παραδείγματα πρόδρομων καροτενοειδών για το C13 Νορισπρενοειδή στα σταφύλια: το β-καροτένιο είναι ο πρόδρομος της β-ιονόνης και η νεοξανθίνη ο πρόδρομος της β-δαμασκενόνης.

Στην αμπέλια, τα καροτενοειδή διασπώνται μέσω των διοξυγενασών διάσπασης καροτενοειδών (CDD) για να σχηματιστούν νορισοπρενοειδή με άνθρακες C13 (C13-νορισοπρενοειδή) όπως β-ιονόνη, β-δαμασκενόνη, βιτισπιράνη, ακτινιδόλη, 4-(2,3,3,6-βουτενυλ) -1,3-διένιο (ΤΡΒ), 1,1,6-τριμεθυλ-1,2-διυδροναφθαλίνιο (TDN) και 2,2,6-τριμεθυλκυκλοεξανόνη (TCH) (Σχήμα 4). Τα δύσοσμα νορισοπρενοειδή C10 όπως η σαφρανάλη και η β-κυκλοκυττράλη έχουν επίσης βρεθεί σε αρκετές ποικιλίες σταφυλιού (Poitou et al., 2017a).

Εικόνα 4 . Κύρια νορισπορενοειδή C13 στα σταφύλια.

Η διάσπαση των καροτενοειδών συμβαίνει μετά από véraison, κατά την ωρίμανση των μούρων, όπου μια ταυτόχρονη αύξηση της περιεκτικότητας σε C13-νορισοπρενοειδές συσχετίζεται με μείωση της περιεκτικότητας σε καροτενοειδή (Razungles et al., 1993; Yuan and Qian, 2016) και ακολουθείται από ενζυματική μείωση και γλυκοζυματική μείωση (Mathieu et al., 2005; Leng et al., 2017).

Στο τέλος της ωρίμανσης και κατά την οινοποίηση και την παλαίωση του κρασιού, σχηματίζονται ενώσεις C13-νορισοπρενοειδούς σε όξινα μέσα, μέσω χημικών αντιδράσεων από διάφορες πτητικές και μη πτητικές πρόδρομες ουσίες (Darriet et al., 2012).

Η β-ιονόνη (άρωμα που μοιάζει με βιολέτα) και η β-δαμασκενόνη (σάλτσα μήλου με γεύση τριαντάφυλλου) είναι τα πιο πανταχού παρόντα C13-νορισπορενοειδή, ενώ σημαντικές ποσότητες TDN βρίσκονται μόνο σε λίγες ποικιλίες όπως το Riesling και το Ugni blanc, των οποίων τα κρασιά μπορούν να έχουν συγκέντρωση TDN τόσο υψηλή όσο 200 μg L ⁻¹ και έχουν χαρακτηριστική γεύση κηροζίνης/πετρελαίου (Schüttler et al., 2015).

Εννέα CDD έχουν εντοπιστεί στο Arabidospis, αλλά μόνο τα VviCCD1 και VviCCD4 έχουν αποδειχθεί ότι διασπούν τα καροτενοειδή στους διπλούς δεσμούς 9,10 και 9′,10′ (Huang et al., 2009; Ahrazem et al., 2010; Lashbrooke et al. ., 2013). Πενήντα τέσσερα γονίδια που υποτίθεται ότι εμπλέκονται στον μεταβολισμό των καροτενοειδών στο V. vinifera ταυτοποιήθηκαν από τους Young et al. (2012) και Leng et al. (2017) και επτά CCDs έχουν σχολιαστεί στο grapevine (VviCCD1.1, VviCCD1.2, VviCCD4a, VviCCD4b, VviCCD4c, VviCCD7 και VviCCD8) (Young et al., 2012; Lashbrooke et al., 2).

Παράγωγα λιπαρών οξέων

Τα ακόρεστα C18 λιπαρά οξέα λινολεϊκό οξύ και λινολενικό οξύ είναι οι πρόδρομοι άλλων πτητικών οργανικών ενώσεων όπως οι C6-αλδεΰδες και οι αλκοόλες όπως η εξανάλη και η εξανόλη (Kalua and Boss, 2009). Η σύνθεσή τους γίνεται κυρίως πριν από τον ορισμό στα πράσινα μούρα (Kalua and Boss, 2009) και έχουν πρασινοχόρτα αρώματα παρόλο που, λαμβάνοντας υπόψη το κατώφλι ανίχνευσής τους, σπάνια συμβάλλουν στον ποώδη χαρακτήρα των κρασιών. Σχηματίζονται από τη δράση των λιποξυγενασών (VviLOX) (Podolyan et al., 2010), της υδροϋπεροξειδικής λυάσης (VviHPL1 και VviHPL2) (C6-αλδεΰδες και αλκοόλες-2) (Zhu et al., 2012), εναλ ισομεράση (3Z) -(2Ε) και αφυδρογονάση αλκοόλης (VviADH) (Kalua and Boss, 2009). Τα επίπεδα αυτών των ενώσεων στα κρασιά ρυθμίζονται κυρίως από τις διαδικασίες οινοποίησης. οι πιο οσμές C6 αλδεΰδες (εξανάλη,

Μεθοξυπυραζίνες

Οι μεθοξυπυραζίνες, αζωτούχες ετεροκυκλικές ενώσεις που ανήκουν στην ομάδα της πυραζίνης, υπάρχουν τόσο στα ζώα όσο και στα φυτά (Maga, 1992). Μεταξύ των διαφόρων μεθοξυπυραζινών, μερικές αλκυλιωμένες μεθοξυπυραζίνες, όπως η 2-μεθοξυ-3-ισοβουτυλοπυραζίνη (IBMP), η 3-sec-βουτυλ-2-l μεθοξυπυραζίνη (SBMP) και η 2-μεθοξυ-3-ισοπροπυλοπυραζίνη (Σχήμα IP5MP) ) είναι εξαιρετικά δύσοσμες, με πολύ χαμηλά όρια οσμής (νανογραμμάριο ανά λίτρο εύρος νερού) (Sidhu et al., 2015). Σε ποικιλίες της οικογένειας Carmenet, όπως Sauvignon blanc, Cabernet Sauvignon, Cabernet Franc, Merlot και Fer, τα αρώματα που μοιάζουν με λαχανικά θυμίζουν λοβό μπιζελιού και πράσινες πιπεριές και ανάλογα με τη συγκέντρωση μπορούν να συμβάλουν σε γήινες αποχρώσεις (Geffroy et al., 2020). Στη συστάδα των σταφυλιών, τα στελέχη περιέχουν τη μεγαλύτερη αναλογία IBMP (79,2%) και στα μούρα,

Εικόνα 5 . Οι χημικές δομές βασικοί βουλευτές στα σταφύλια.

Στα μούρα των σταφυλιών, οι μεθοξυπυραζίνες συσσωρεύονται γρήγορα μεταξύ της καρπόδεσης και της φάσης υστέρησης, κορυφώνονται 2 έως 3 εβδομάδες πριν από το véraisonr και στη συνέχεια μειώνονται συνεχώς κατά την ωρίμανση μέχρι τη συγκομιδή (Ryona et al., 2008, 2010; Gregan and Jordan, 2016). Ο βαθμός στον οποίο συντίθενται ακόμη δεν έχει διευκρινιστεί πλήρως, είτε in situ στα μούρα (Roujou de Boubee et al., 2000; Koch et al., 2010) είτε στα φύλλα με επακόλουθη μεταφορά μέσω του φλοιώματος στα μούρα όπου υποβαθμίζονται (Lei et al., 2018).

Η βιοσύνθεσή τους ξεκινά με προσθήκη δικαρβονυλίου στο αμινοξύ βαλίνη ή λευκίνη για IPMP και IBMP και ακολουθείται από μεθοξυλίωση για να σχηματιστούν οι τελικές μεθοξυπυραζίνες. Στο σταφύλι, τέσσερις Ο-μεθυλοτρανσφεράσες (VviOMT1-4) έχουν χαρακτηριστεί, με το VviOMT3 να παίζει σημαντικό ρόλο στην παραγωγή IBMP (Dunlevy et al., 2013; Guillaumie et al., 2013).

Θειόλες

Οι θειόλες είναι πτητικές ενώσεις θείου και κρίσιμα συστατικά του «ποικιλιακού χαρακτήρα» πολλών ποικιλιών. Η 4-μεθυλ-4-σουλφανυλυλπενταν-2-όνη (4MSP), η 4-μερθυλ-4-σουλφανυλπενταν-2-όλη (4MSPOH) και η 3-σουλφανυλεξαν-1-όλη (3SH) (Εικόνα 6) είναι οι πιο σημαντικές θειόλες υπάρχουν ως πρόδρομες ουσίες στα μούρα ποικιλιών λευκού κρασιού όπως Sauvignon Blanc, Semillon, Petite Arvine, Riesling, Chenin Blanc, Muscat blanc, Colombard και Alvarino (Tominaga et al., 2000; Fretz et al., 2005), αλλά ήταν βρέθηκε επίσης να συμβάλλει στην αντιληπτή φρουτώδες σε κόκκινα κρασιά που παρασκευάζονται από Cabernet Sauvignon και Merlot (Bouchilloux et al., 1998). Πολλές από τις ποικιλίες που είναι γνωστές για την υψηλή περιεκτικότητά τους σε θειόλη μοιράζονται σχέσεις γονέα-απογόνου ή αδερφού (Duchene et al., 2009b). Οι θειόλες συνδέονται γενικά με γεύσεις που θυμίζουν φρούτο του πάθους, κουτί, μαύρη σταφίδα, σκόρδο, και τα σπαράγγια και είναι επίσης σημαντικά πτητικά συστατικά του κρέατος, των μανιταριών και πολλών άλλων φυτών. Η πρώτη θειόλη που ανακαλύφθηκε ήταν η 4MSP, υπεύθυνη για το άρωμα του κουτιού (Buxus) (Darriet et al., 1995), ακολουθούμενη από τον χαρακτηρισμό του 3SH και του εστέρα του 3SHA (οξικός 3-σουλφανυλεξυλεστέρας) (Tominaga et al., 1996) , συχνά συνδέεται με άρωμα γκρέιπφρουτ και φρούτου του πάθους (Tominaga et al., 1998).

Εικόνα 6 . Κυστεϊνυλιωμένες πρόδρομες ουσίες 3SH-L-Cys, 4MSPOH-Cys, 4MSP-Cys.

Οι θειόλες συσσωρεύονται κατά την ωρίμανση στη μη πτητική τους μορφή, συνδεδεμένες με S-κυστεΐνη ή S-γλουταθειόνη. Η βιοσύνθεση των προδρόμων θειόλης συνδέεται με το μεταβολισμό της γλουταθειόνης (GSH), αλλά η βιοσυνθετική οδός αυτών των πρόδρομων ουσιών θειόλης δεν έχει ακόμη πλήρως διευκρινιστεί. Σχετίζεται με τη σύζευξη GHS και α,β-ακόρεστων καρβονυλικών ενώσεων από την τρανσφεράση S-γλουταθειόνης ως μέρος του ενδογενούς μεταβολισμού του φυτού. Από αυτό, αφαιρείται το γλουταμινικό οξύ της S-γλουταθειόνης και η γλυκίνη με αποτέλεσμα τη σύζευξη S-κυστεΐνης. Οι Kobayashi et al. (2011) έδειξε ότι δύο γονίδια, το VviGST3 και το VviGST4, εμπλέκονται στην παραγωγή πρόδρομων ουσιών θειόλης στα σταφύλια.

Ο εντοπισμός διαφορετικών πρόδρομων ουσιών θειόλης μέσα στο μούρο είναι επίσης ασαφής και οι μελέτες συχνά αναφέρουν αντιφατικά αποτελέσματα. Για παράδειγμα, οι des Gachons et al. (2005) διαπίστωσε ότι στα σταφύλια Sauvignon Blanc κατά τη συγκομιδή, τα 4MSP-Cys και 4MSPOH-Cys εντοπίστηκαν στη σάρκα (80%), ενώ το 3SH-Cys κατανεμήθηκε εξίσου (50%) μεταξύ της σάρκας και του φλοιού. Αντίθετα, οι Roland et al. (2011) διαπίστωσαν ότι το 3SH-Cys και το 4MSPOH-Glu εντοπίζονταν κυρίως στο δέρμα (78 και 81%).

Το ένζυμο ζυμομύκητα β-λυάση, το οποίο κωδικοποιείται από το γονίδιο IRC7 (Howell et al., 2005; Roncoroni et al., 2011; Santiago and Gardner, 2015), διασπά τους προδρόμους θειόλης κατά τη διάρκεια της αλκοολικής ζύμωσης. Αρκετοί άλλοι παράγοντες, όπως η ενεργός μεταφορά συζυγών S-κυστεΐνης και S-γλουταθειόνης μέσω της πλασματικής μεμβράνης, επηρεάζουν την απελευθέρωση θειόλης κατά τη ζύμωση και συμβάλλουν στην έκφραση της ποικιλίας των ποικιλιών που περιέχουν θειόλη, η οποία μερικές φορές μπορεί να θεωρηθεί υπερβολικά έντονη -Γεύσεις, ανάλογα με τη συγκέντρωση.

Μεταβολισμός μούρων με τη μεσολάβηση αβιοτικών παραγόντων

Η θερμοκρασία, το νερό, το φως και η συγκέντρωση CO2 είναι από τους πιο σημαντικούς αβιοτικούς παράγοντες που αλληλεπιδρούν με την ανάπτυξη της αμπέλου και του καρπού με τρόπο γονότυπο-εξαρτώμενο (Keller, 2010). Αυτοί οι παράγοντες αναμένεται να επηρεαστούν σε μεγάλο βαθμό από την παγκόσμια κλιματική αλλαγή. Η ατμοσφαιρική συγκέντρωση του αερίου θερμοκηπίου (GHG) CO2, ο κύριος μοχλός της υπερθέρμανσης του πλανήτη, αυξάνεται συνεχώς από την αρχή της βιομηχανικής επανάστασης (περίπου 1.750) λόγω της ανθρωπογενούς χρήσης ορυκτών καυσίμων. Η συγκέντρωση αυξήθηκε τον εικοστό αιώνα από 300 ppm στις αρχές της δεκαετίας του 1960, όταν ξεκίνησαν συστηματικές άμεσες ατμοσφαιρικές μετρήσεις (Keeling, 1960), σε 400 ppm σήμερα και, ανάλογα με τα μελλοντικά σενάρια εκπομπής CO2, θα φτάσουν μεταξύ 600 (σενάριο μέτριας εκπομπής) 1, 000 ppm (χειρότερο σενάριο) μέχρι το τέλος του εικοστού πρώτου αιώνα (IPCC, 2013). Αυτό συνεπάγεται αύξηση της θερμοκρασίας, η οποία αναμένεται να κυμαίνεται από 2–4,8°C ως συνάρτηση των ανθρωπογενών εκπομπών CO2 (IPCC, 2013, 2018). Εκτός από τον άμεσο αντίκτυπό τους στη φυσιολογία των φυτών, οι υψηλότερες θερμοκρασίες οδηγούν σε υψηλότερους ρυθμούς εξατμισοδιαπνοής και σε αυξημένες απαιτήσεις σε νερό κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου. Μαζί με τις προβλεπόμενες αλλαγές στα πρότυπα βροχόπτωσης, μπορούν να αναμένονται πιο έντονες περίοδοι ξηρασίας και έχουν ήδη παρατηρηθεί στις περισσότερες αμπελουργικές περιοχές (Schultz, 2016). Όσον αφορά την ηλιακή ακτινοβολία διαφορετικών μηκών κύματος που φθάνει στην επιφάνεια της γης, οι προβλέψεις των μοντέλων της κλιματικής αλλαγής είναι διφορούμενες. Λόγω της υψηλής ενέργειας και της επίδρασής του σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς, Η υπεριώδης ακτινοβολία (UV) (μήκος κύματος από 100 έως 400 nm) παίζει κρίσιμο ρόλο στη φυσιολογία διαφορετικών φυτών, θηλαστικών και ανθρώπων και των χερσαίων οικοσυστημάτων (Ballaré et al., 2011). Η ακτινοβολία UV-B που φτάνει στην επιφάνεια της γης επηρεάζεται κυρίως από τη σύνθεση αερίου της ατμόσφαιρας. Το στρώμα του όζοντος στην ανώτερη στρατόσφαιρα απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της υπεριώδους ακτινοβολίας και έχει υποβαθμιστεί σε μεγάλο βαθμό από ουσίες που καταστρέφουν το όζον (ODSs) όπως οι χλωροφθοράνθρακες (CFCs) τα τελευταία 40 χρόνια, γεγονός που προκάλεσε σημαντική αύξηση της ακτινοβολίας UV-B που φθάνει στη γη. επιφάνεια. Μετά τη μείωση των εκπομπών ODS μετά την επικύρωση του πρωτοκόλλου του Μόντρεαλ το 1989, η καταστροφή του στρώματος του όζοντος στη στρατόσφαιρα επιβραδύνθηκε. Παραμένει ασαφές πώς θα αναπτυχθεί η UV-B ακτινοβολία κατά τη διάρκεια διαφορετικών σεναρίων κλιματικής αλλαγής. Σίγουρα η συνεχής αύξηση του CO2 μεταβάλλει τη φυσική δομή της ατμόσφαιρας (Chipperfield et al., 2017). Οι μετρημένες συγκεντρώσεις του όζοντος δείχνουν αύξηση 2-4% ανά δεκαετία, στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη και στις τροπικές περιοχές, στην ανώτερη στρατόσφαιρα (υψόμετρο 35-45 km) από το 2000 περίπου. Αυτή η αύξηση είναι σύμφωνη με την ανάκτηση του στρατοσφαιρικού όζοντος ως συνέπεια της μείωσης των συγκεντρώσεων των ODSs και των αυξήσεων στα GHG. Στην πραγματικότητα, τα GHG στην τροπόσφαιρα θα απομονώσουν τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας και μια πιο δροσερή στρατόσφαιρα που επιβραδύνει την καταλυτική διάσπαση του όζοντος (Williamson et al., 2014· Πρόγραμμα των Ηνωμένων Εθνών για το περιβάλλον, Environmental Effects Assessment Panel, 2018, Bais, 2018; , 2019). Ένας επιπλέον παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη σε σχέση με την υπεριώδη ακτινοβολία, είναι η μεταβλητότητά της λόγω της νεφοκάλυψης,

Συνολικά, η αλλαγή των διαφορετικών προαναφερθέντων αβιοτικών παραγόντων θα συνεχίσει να επηρεάζει την αμπελοκαλλιέργεια παγκοσμίως με διαφορετικούς τρόπους. Αυτό έχει πυροδοτήσει συζητήσεις μεταξύ των επιστημόνων σχετικά με τη βιωσιμότητα των παραδοσιακών αμπελουργικών περιοχών (Fraga et al., 2012, 2013). Διαφορετικοί συγγραφείς προβλέπουν ότι η κατάλληλη γη για αμπελοκαλλιέργεια θα μειωθεί στις κύριες περιοχές καλλιέργειας μεταξύ 25 και 73% στο μέλλον (Hannah et al., 2013), η οποία ωστόσο έχει αμφισβητηθεί από άλλες ομάδες καθώς δεν ελήφθη υπόψη η ικανότητα των ποικιλιών να προσαρμοστούν στις μεταβαλλόμενες συνθήκες (van Leeuwen et al., 2013). Πρόσφατα, πιο ολοκληρωμένες προσεγγίσεις μοντελοποίησης προβλέπουν ότι με το πιο αισιόδοξο σενάριο κλιματικής αλλαγής (αύξηση 2°C) και με το πιο απαισιόδοξο σενάριο (αύξηση 4°C) το 56 και 85% των σημερινών αμπελουργικών περιοχών θα καταστούν κλιματικά ακατάλληλες για αμπελοκαλλιέργεια μέχρι το τέλος του τον εικοστό πρώτο αιώνα, αντίστοιχα (Morales-Castilla et al., 2020). Γενικά, οι προβλεπόμενες και ήδη παρατηρούμενες συνέπειες για την ποιότητα του κρασιού είναι κρασιά με υψηλότερη περιεκτικότητα σε αλκοόλ, χαμηλότερη οξύτητα και αλλοιωμένα προφίλ αρώματος (Schultz, 2000, 2016· Mira de Orduna, 2010· Pons et al., 2017b· van Leeuwen and Destrac- Irvine, 2017) που οδηγεί συνολικά σε απώλεια τυπικότητας και έκφρασης τρόμου (van Leeuwen and Destrac-Irvine, 2017· Van Leeuwen et al., 2018· van Leeuwen et al., 2020). , 2020). Γενικά, οι προβλεπόμενες και ήδη παρατηρούμενες συνέπειες για την ποιότητα του κρασιού είναι κρασιά με υψηλότερη περιεκτικότητα σε αλκοόλ, χαμηλότερη οξύτητα και αλλοιωμένα προφίλ αρώματος (Schultz, 2000, 2016· Mira de Orduna, 2010· Pons et al., 2017b· van Leeuwen and Destrac- Irvine, 2017) που οδηγεί συνολικά σε απώλεια τυπικότητας και έκφρασης τρόμου (van Leeuwen and Destrac-Irvine, 2017· Van Leeuwen et al., 2018· van Leeuwen et al., 2020). , 2020). Γενικά, οι προβλεπόμενες και ήδη παρατηρούμενες συνέπειες για την ποιότητα του κρασιού είναι κρασιά με υψηλότερη περιεκτικότητα σε αλκοόλ, χαμηλότερη οξύτητα και αλλοιωμένα προφίλ αρώματος (Schultz, 2000, 2016· Mira de Orduna, 2010· Pons et al., 2017b· van Leeuwen and Destrac- Irvine, 2017) που οδηγεί συνολικά σε απώλεια τυπικότητας και έκφρασης τρόμου (van Leeuwen and Destrac-Irvine, 2017· Van Leeuwen et al., 2018· van Leeuwen et al., 2020).

Στις επόμενες ενότητες, γίνεται ανασκόπηση της πιο πρόσφατης και σχετικής βιβλιογραφίας που ασχολείται με την επίδραση των κύριων αβιοτικών παραγόντων που τροποποιούνται από την παγκόσμια κλιματική αλλαγή στον μεταβολισμό των μούρων.

Θερμοκρασία

Η θερμοκρασία είναι ο κύριος μοχλός της φαινολογίας της αμπέλου και η αύξησή της προάγει τον βλαστικό και αναπαραγωγικό κύκλο της αμπέλου και κατά συνέπεια μετατοπίζει τα στάδια ανάπτυξης των μούρων προς τους θερμότερους μήνες της καλλιεργητικής περιόδου (van Leeuwen and Destrac-Irvine, 2017). Αυτό έχει επιβεβαιωθεί ευρέως σε μελέτες που αναλύουν ιστορικά αρχεία ημερομηνιών συγκομιδής παγκοσμίως, οι οποίες δείχνουν συνολική πρόοδο 1-2 εβδομάδων τις τελευταίες δεκαετίες (Jones and Davis, 2000· Chuine et al., 2004· Duchêne and Schneider, 2005· Jones et. al., 2005· Petrie and Sadras, 2008· Webb et al., 2012· Cook and Wolkovich, 2016). Ωστόσο, οι μειώσεις της απόδοσης των καλλιεργειών και οι εξελισσόμενες πρακτικές διαχείρισης μπορεί επίσης να συνέβαλαν στην πρόοδο της ωρίμανσης (Webb et al., 2013).

Οι συνδυασμένες επιδράσεις της προηγμένης φαινολογίας και των αυξημένων θερμοκρασιών κατά την ωρίμανση οδηγούν σε σταφύλια με υψηλότερη συγκέντρωση σακχάρου και λιγότερη συγκέντρωση οργανικού οξέος, καθώς και αλλοιωμένη σύνθεση σε δευτερογενείς μεταβολίτες, όπως φαινολικές και αρωματικές ενώσεις (van Leeuwen and Destrac-Irvine, 2017). Τις τελευταίες δεκαετίες, έχουν διεξαχθεί μυριάδες μελέτες θερμοκρασίας με πληθώρα πειραματικών προσεγγίσεων (Bonada and Sadras, 2015; Gouot et al., 2018). Τα αποτελέσματα είναι συχνά διφορούμενα, γεγονός που καθιστά δύσκολη την εξαγωγή γενικών συμπερασμάτων. Οι δημοσιευμένες μελέτες ποικίλλουν από εφαρμογές καταπόνησης σε επίπεδο φυτού σε δέσμη με διακυμάνσεις στη διάρκεια της εφαρμογής στρες από μερικές ώρες έως αρκετούς μήνες. Ένα ευρύ φάσμα εντάσεων θερμοκρασίας έχει δοκιμαστεί από μέτριες αυξήσεις (έως 35°C) έως σοβαρό θερμικό στρες (έως 45°C) κατά τη διάρκεια της ημέρας ή/και της νύχτας και σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης των μούρων. Η ποικιλία και ο τύπος του φυτικού υλικού που χρησιμοποιείται, καθώς και οι πειραματικοί περιορισμοί για τέτοιες μελέτες, επηρεάζουν τις αποκρίσεις του μεταβολισμού των μούρων στα καθεστώτα θερμοκρασίας. Τα πειράματα θαλάμου ελέγχου του κλίματος διεξάγονται ως επί το πλείστον με μικρά μοντέλα φυτών όπως καρποφόρα μοσχεύματα (Pillet et al., 2012; Carbonell-Bejerano et al., 2013; Lecourieux et al., 2017) ή μεταλλαγμένες μικροαμπέλες (Rienth et al., 2012, 2014a,b, 2016, 2017· Houel et al., 2015· Luchaire et al., 2017· Torregrosa et al., 2017, 2019· Pellegrino et al., 2019). καθώς και οι πειραματικοί περιορισμοί για τέτοιες μελέτες, επηρεάζουν τις αποκρίσεις του μεταβολισμού των μούρων σε καθεστώτα θερμοκρασίας. Τα πειράματα θαλάμου ελέγχου του κλίματος διεξάγονται ως επί το πλείστον με μικρά μοντέλα φυτών όπως καρποφόρα μοσχεύματα (Pillet et al., 2012; Carbonell-Bejerano et al., 2013; Lecourieux et al., 2017) ή μεταλλαγμένες μικροαμπέλες (Rienth et al., 2012, 2014a,b, 2016, 2017· Houel et al., 2015· Luchaire et al., 2017· Torregrosa et al., 2017, 2019· Pellegrino et al., 2019). καθώς και οι πειραματικοί περιορισμοί για τέτοιες μελέτες, επηρεάζουν τις αποκρίσεις του μεταβολισμού των μούρων σε καθεστώτα θερμοκρασίας. Τα πειράματα θαλάμου ελέγχου του κλίματος διεξάγονται ως επί το πλείστον με μικρά μοντέλα φυτών όπως καρποφόρα μοσχεύματα (Pillet et al., 2012; Carbonell-Bejerano et al., 2013; Lecourieux et al., 2017) ή μεταλλαγμένες μικροαμπέλες (Rienth et al., 2012, 2014a,b, 2016, 2017· Houel et al., 2015· Luchaire et al., 2017· Torregrosa et al., 2017, 2019· Pellegrino et al., 2019). Torregrosa et al., 2017, 2019; Pellegrino et al., 2019). Torregrosa et al., 2017, 2019; Pellegrino et al., 2019).

Ο διαχωρισμός των επιδράσεων θερμοκρασίας και ακτινοβολίας είναι δύσκολο να επιτευχθεί σε δοκιμές πεδίου σε σύγκριση με πειράματα κλιματικού θαλάμου όπου η θερμότητα εφαρμόζεται με συναγωγή. Ωστόσο, ορισμένα πρώιμα και μεθοδικά πρωτοποριακά πειράματα πεδίου κατάφεραν να ελέγξουν τη θερμοκρασία των συστάδων με τρόπο ανεξάρτητο από την ακτινοβολία χρησιμοποιώντας διαφορετικό προσανατολισμό σειρών (Bergqvist et al., 2001), ψύξη δέσμης (Spayd et al., 2002) ή συστήματα μεταφοράς επί τόπου (Tarara et al., 2008). Αυτές οι μελέτες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ορισμένα συστατικά των φρούτων (ιδιαίτερα οι ανθοκυανίνες) είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στη θερμοκρασία (Poni et al., 2018), κάτι που σε κάποιο βαθμό επιβεβαιώθηκε στη συνέχεια από μοριακές μελέτες.

Επίδραση θερμοκρασίας στο γενικό μεταβολισμό των καρπών

Πιθανώς η πιο πρώιμη ελεγχόμενη μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας στον μεταβολισμό των μούρων είναι το Ravaz 1912, το οποίο εισήγαγε μεμονωμένες συστάδες αμπέλου σε έναν θερμαινόμενο γυάλινο θάλαμο. Πολλές μελέτες θερμοκρασίας που επικεντρώνονται κυρίως στη συσσώρευση σακχάρου, τους πρωτογενείς μεταβολισμούς και τη δυναμική ανάπτυξης των μούρων έχουν διεξαχθεί από τη δεκαετία του 1960 έως τη δεκαετία του 90 (Kliewer, 1964, 1971, 1977a,b; Kliewer and Lider, 1968, 1970; Buttrose, 1971 et al. Kliewer and Torres, 1972; Hale and Buttrose, 1974; Lakso and Kliewer, 1975; Matsui et al., 1986; Sepulveda and Kliewer, 1986) και συνοψίζονται στην πρώτη κιόλας ανασκόπηση σχετικά με την επίδραση της αυξημένης θερμοκρασίας στον μεταβολισμό των μούρων. Coombe (1987). Συνοπτικά, οι μέτριες αυξήσεις της θερμοκρασίας κατά την ωρίμανση επιταχύνουν την ανάπτυξη των μούρων και τη συσσώρευση σακχάρου όπως παρατηρήθηκε ήδη σε πρώιμες μελέτες από τους Buttrose et al. (1971), το οποίο σημείωσε αύξηση των συνολικών διαλυτών στερεών (TSS) στα μούρα Cabernet Sauvignon όταν εκτεθούν σε υψηλότερες θερμοκρασίες (30°C). Οι Kliewer και Torres (1972) παρατήρησαν παρόμοια αύξηση της συσσώρευσης σακχάρου, που συσχετίστηκε με την αύξηση της θερμοκρασίας μέχρι τους 35°C περίπου, στο Cardinal, το Pinot noir και το Tokay και το Sangiovese ακόμη και μέχρι τους 41,7°C (Pastore et al., 2017). Κατά τη διάρκεια των πρώιμων σταδίων του πράσινου, η μέτρια αύξηση της θερμοκρασίας επιταχύνει την ανάπτυξη των μούρων, τη συσσώρευση μηλικού και τρυγικού οξέος (Rienth et al., 2016; Arrizabalaga et al., 2018).

Όταν το θερμικό στρες γίνεται σοβαρό (gt;35°C), παρατηρείται μείωση ή διακοπή της συσσώρευσης σακχάρου καθώς και αναστολή ή παύση της ανάπτυξης των μούρων και καθυστέρηση ωρίμανσης (Matsui et al., 1986; Sepulveda and Kliewer, 1986; Greer and Weston, 2010· Greer and Weedon, 2013· Lecourieux et al., 2017· Gouot et al., 2019). Αυτή η επιβράδυνση της ανάπτυξης των μούρων έχει αποδοθεί στην έλλειψη παροχής άνθρακα από τη φωτοσύνθεση, η οποία παρεμποδίζεται και επιβραδύνει τον ρυθμό κυτταρικής διαίρεσης, γεγονός που μπορεί να περιορίσει το μέγεθος των μούρων (Keller, 2010). Επιπλέον, μια μείωση στη βιοσύνθεση ABA, όπως υποδεικνύεται από την καταστολή των μεταγραφών VviNCED2 και VviNCED4 και η ανοδική ρύθμιση του VviABI3 ενός TF τομέα B3 που είναι μέρος του δικτύου σηματοδότησης του πυρήνα ABA, συσχετίστηκε με πιο αργή ανάπτυξη μούρων (Rienth et al., 2014b Lecourieux et al., 2017). Επιπλέον,

Η χαλάρωση των ρυθμών συσσώρευσης σακχάρου υπό θερμική καταπόνηση έχει συσχετιστεί με μια προς τα κάτω ρύθμιση των μεταφορέων ζάχαρης (STPs) και των γονιδίων που κωδικοποιούν την ιμβερτάση (GIN2) που υποτίθεται ότι εμπλέκονται στην εισαγωγή και συσσώρευση εξόζης σε κενοτόπια. Τα τελευταία γονίδια βρέθηκαν να καταστέλλονται σε καρποφόρα μοσχεύματα Cabernet Sauvignon (Lecourieux et al., 2017), Muscat Hamburg (Carbonell-Bejerano et al., 2013) και μικροαμπέλια (Rienth et al., 2014b) κατά την έκθεση σε υψηλή θερμοκρασία . Περιέργως, μια πρόσφατη μελέτη πεδίου που χρησιμοποιεί ένα σύστημα θέρμανσης ανοιχτής κορυφής βρήκε μια αλλοιωμένη αναλογία γλυκόζης/φρουκτόζης λόγω της χαμηλότερης συγκέντρωσης γλυκόζης στα μούρα Riesling σε υψηλή θερμοκρασία ( 10°C) (Brandt et al., 2019). Παρόμοιες παρατηρήσεις έχουν αναφερθεί σε ιστορικές μελέτες και αποδίδουν την αλλοιωμένη αναλογία γλυκόζης/φρουκτόζης στην υπερωρίμανση των σταφυλιών (Kliewer, 1965, 1967; Sepulveda και Kliewer, 1986). Αυτό, ωστόσο, δεν έχει παρατηρηθεί ή διερευνηθεί προσεκτικά σε άλλες μελέτες θερμικής καταπόνησης (Carbonell-Bejerano et al., 2013; Sweetman et al., 2014; Lecourieux et al., 2017).

Με βάση τα αποτελέσματα που περιγράφηκαν παραπάνω, φαίνεται ότι το πιο ευαίσθητο στάδιο του μούρου στο βιοτικό και αβιοτικό στρες είναι ακριβώς γύρω ή κατά τη φάση του véraison, όπως αποδεικνύεται από μερικές μελέτες με ακριβή πρωτόκολλα δειγματοληψίας μεμονωμένων μούρων (Rienth et al., 2014b, 2016 Torregrosa et al., 2019; Ghaffari et al., 2020).

Όσον αφορά το μηλικό και το τρυγικό οξύ, τα δύο κύρια οργανικά οξέα στα μούρα σταφυλιού, φαίνεται ότι η μέτρια αυξημένη θερμοκρασία κατά την πρώιμη ανάπτυξη των μούρων από την άνθηση στη φάση υστέρησης επιταχύνει τη συσσώρευσή τους (Sweetman et al., 2014; Rienth et al., 2016; Lecourieux et al. al., 2017). Ωστόσο, όταν το θερμικό στρες γίνεται πολύ σοβαρό, η σύνθεσή τους αναστέλλεται, όπως αναφέρεται, για παράδειγμα, από τους Gouot et al. (2019), όπου οι θερμοκρασίες έφτασαν τους 45°C κατά την πρώιμη πράσινη ανάπτυξη.

Έχει αποδειχθεί σε μυριάδες ιστορικές και πρόσφατες μελέτες ότι οι υψηλές θερμοκρασίες συσχετίζονται με μια μείωση της συγκέντρωσης μηλικού οξέος στο μούρο που ωριμάζει (Ruffner et al., 1976; Ruffner and Hawker, 1977; Possner et al., 1983; Sweetman et al. ., 2009, 2014· Carbonell-Bejerano et al., 2013· Etienne et al., 2013· Rienth et al., 2016· Lecourieux et al., 2017· Brandt et al., 2019). Αυτή η αποικοδόμηση εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ποικιλία και μπορεί ακόμη και να ποικίλλει μεταξύ των κλώνων, όπως φαίνεται για παράδειγμα σε διαφορετικούς κλώνους Tempranillo που εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες (Torres et al., 2017). Ωστόσο, η υποκείμενη ρύθμιση της αποδόμησης του μηλικού οξέος μένει να διευκρινιστεί. Οι Sweetman et al. (2014) διαπίστωσε ότι οι υψηλές θερμοκρασίες επιτάχυναν την εξαρτώμενη από NAD δραστηριότητα του μηλικού ενζύμου και μείωσαν τις δραστηριότητες καρβοξυλάσης φωσφοενολοπυρουβικής και πυροσταφυλικής κινάσης, συνοδεύεται από τη συσσώρευση διαφόρων αμινοξέων και γ-αμινοβουτυρικού οξέος, υποδηλώνοντας μια ενισχυμένη αναπλερωτική ικανότητα του κύκλου TCA και την ανάγκη αντιμετώπισης του μειωμένου κυτοσολικού pH στα θερμαινόμενα μούρα. Αυτή η μελέτη βρήκε επίσης διαφορές ανάλογα με το εύρος της ημερήσιας θερμοκρασίας: δηλαδή, η απώλεια περιεκτικότητας σε μηλικό οξύ ως απόκριση στην αυξημένη θερμοκρασία της ημέρας μειώθηκε εάν η νυχτερινή θερμοκρασία ήταν επίσης αυξημένη. Προτάθηκε επίσης ότι η συγκέντρωση μηλικού εξαρτάται κυρίως από τη θερμοδυναμική της τονοπλαστικής μεταφοράς του (Lobit et al., 2006). η απώλεια περιεκτικότητας σε μηλικό οξύ ως απόκριση στην αυξημένη θερμοκρασία της ημέρας μειώθηκε εάν η νυχτερινή θερμοκρασία ήταν επίσης αυξημένη. Προτάθηκε επίσης ότι η συγκέντρωση μηλικού εξαρτάται κυρίως από τη θερμοδυναμική της τονοπλαστικής μεταφοράς του (Lobit et al., 2006). η απώλεια περιεκτικότητας σε μηλικό οξύ ως απόκριση στην αυξημένη θερμοκρασία της ημέρας μειώθηκε εάν η νυχτερινή θερμοκρασία ήταν επίσης αυξημένη. Προτάθηκε επίσης ότι η συγκέντρωση μηλικού εξαρτάται κυρίως από τη θερμοδυναμική της τονοπλαστικής μεταφοράς του (Lobit et al., 2006).

Γενικά αναφέρεται ότι το τρυγικό οξύ (TA) δεν μεταβολίζεται από το μούρο που ωριμάζει και επομένως η περιεκτικότητά του δεν επηρεάζεται από τη θερμοκρασία και αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό χαρακτηριστικό για προγράμματα αναπαραγωγής που αναζητούν νέες ποικιλίες καλύτερα προσαρμοσμένες στις μελλοντικές κλιματικές συνθήκες (Duchêne, 2016). Η παρατηρούμενη παραλλαγή της ΤΑ στην επιστημονική βιβλιογραφία (Cholet et al., 2016) είναι μια πιθανή συνέπεια των επιδράσεων αραίωσης ή της καθίζησης κατά την επεξεργασία του δείγματος (Rösti et al., 2018).

Επίδραση θερμοκρασίας στις φαινολικές ενώσεις

Οι άμεσες και έμμεσες επιδράσεις της θερμοκρασίας στη σύνθεση των φλαβονοειδών δεν είναι καθόλου σαφείς. Σε αυτή την ενότητα συνοψίζουμε και ενημερώνουμε τα πρόσφατα ευρήματα.

Οι επιδράσεις της θερμοκρασίας στη σύνθεση της φλαβονόλης και της φλαβαν-3-όλης δεν είναι πάντα συνεπείς μεταξύ των μελετών (Gouot et al., 2018). Ωστόσο, υπάρχουν σαφείς επιστημονικές αποδείξεις που δείχνουν τις επιβλαβείς επιπτώσεις της υψηλής θερμοκρασίας στα επίπεδα ανθοκυανίνης στο μούρο σταφυλιού. Αυτό αναφέρθηκε σε πρώιμες μελέτες (Buttrose et al., 1971; Kliewer and Torres, 1972; Spayd et al., 2002) και πιο πρόσφατα επιβεβαιώθηκε από φυσιολογικές και μοριακές μελέτες (Mori et al., 2005, 2007; Yamane et al. , 2006· Azuma et al., 2012· Carbonell-Bejerano et al., 2013· Rienth et al., 2014b· Lecourieux et al., 2017· Pastore et al., 2017· Torres et al., 2017; ., 2020). Το θερμικό στρες έχει αποδειχθεί ότι καταστέλλει σημαντικούς ρυθμιστές βιοσύνθεσης ανθοκυανίνης όπως το VviMYBA1 και γονίδια κατάντη όπως τα VviUFGT, VviCHI, VviF3H2, VviDFR και VviLDOX. Ωστόσο, δεν έδειξαν όλες αυτές οι μελέτες αδιαμφισβήτητη καταστολή ούτε συσχέτιση με χαμηλότερη συσσώρευση ανθοκυανίνης. Αυτό οφείλεται πιθανώς στη χρήση διαφορετικών φυτικών υλικών (κανονικά αμπέλια, διαφορετικές ποικιλίες), διαφορετικά στάδια ανάπτυξης των μούρων και εντάσεις επεξεργασίας και στρατηγική δειγματοληψίας. Επιπλέον, η επίδραση της θερμοκρασίας στη σύνθεση ανθοκυανίνης ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό μεταξύ των γονοτύπων. Για παράδειγμα, όταν η μέγιστη θερμοκρασία κατά την ωρίμανση υπερέβαινε τους 35°C, η αναστολή του σχηματισμού χρώματος ήταν πολύ πιο έντονη στο Grenache παρά στο Carignan (Fernandes de Oliveira et al., 2015). Σε προηγούμενες μελέτες, η χαμηλή θερμοκρασία κατά την ωρίμανση, ιδιαίτερα τη νύχτα, συσχετίστηκε με ενισχυμένο χρωματισμό των σταφυλιών (Kliewer and Torres, 1972). το οποίο επιβεβαιώθηκε σε ένα πρόσφατο μοριακό πείραμα όπου οι χαμηλές νυχτερινές θερμοκρασίες ενίσχυσαν τη συσσώρευση ανθοκυανίνης και την έκφραση των VviCHS3, VviF3H1, VviUFGT και VviMYBA1, ιδιαίτερα όταν εφαρμόστηκαν γύρω από το véraison στα σταφύλια Corvina (Gaiotti et al., 2018). Στα σταφύλια Kyoho, η αύξηση της θερμοκρασίας από 27 σε 30°C κατά την ωρίμανση προκάλεσε έντονη μείωση των επιπέδων μεταγραφής των γονιδίων ανθοκυανίνης, οδηγώντας σε λιγότερο χρώμα στα μούρα (Shinomiya et al., 2015). Στο Merlot, μια αύξηση της θερμοκρασίας της ημέρας κατά 5°C κατά την ωρίμανση, από 20 σε 25°C, οδήγησε σε μείωση της ανθοκυανίνης κατά 37% (Yan et al., 2020). Εκτός από την καταστολή των γονιδίων που σχετίζονται με την ανθοκυανίνη, η υψηλή θερμοκρασία μπορεί να προάγει την αποικοδόμηση της ανθοκυανίνης, πιθανώς μέσω της αυξημένης δραστηριότητας των υπεροξειδασών (Mori et al., 2007). Αυτό αποδεικνύεται από την ανοδική ρύθμιση ενός γονιδίου που κωδικοποιεί μια υπεροξειδάση,

Αυξημένη αναλογία ακυλιωμένων και τρι-υδροξυλιωμένων ανθοκυανινών σε υψηλότερη θερμοκρασία έχει παρατηρηθεί σε πειράματα με Merlot (Tarara et al., 2008; Yan et al., 2020), Cabernet Sauvignon (Lecourieux et al., 2017), μοσχεύματα καρποφορίας Sangiovese (Pastore et al., 2017) και Malbec (de Rosas et al., 2017), ταυτόχρονα με την υπερέκφραση του γονιδίου της ακυλοτρανσφεράσης Vvi3AT (de Rosas et al., 2017; Yan et al., 2020). Ομοίως για τις ανθοκυανίνες, η υψηλή θερμοκρασία εμπόδισε έντονα τη συσσώρευση φλαβανόλης και αύξησε τις μεθοξυλιωμένες (ισοραμνετίνη και συριγγετίνη) και 3′, 4′, 5′-υποκατεστημένες (μυρικετίνη και συριγγετίνη) φλαβονόλες στο Merlot (Yan et al., 2020).

Είναι ενδιαφέρον ότι η υψηλή θερμοκρασία μπορεί να προκαλέσει αποσύνδεση της συσσώρευσης σακχάρου και της σύνθεσης ανθοκυανίνης που οδηγεί σε χαμηλότερη αναλογία ανθοκυανίνης / σακχάρου, πιθανώς λόγω καθυστέρησης στην έναρξη της σύνθεσης ανθοκυανίνης (Sadras and Moran, 2012; Sadras et al., 2013; Yanet. al., 2020) ή μειωμένη συσσώρευση ανθοκυανίνης κατά την ωρίμανση (Yan et al., 2020). Το μέγεθος αυτής της θερμικής αποσύνδεσης εξαρτάται από την ποικιλία όπως φαίνεται για τους Grenache και Carignan (Fernandes de Oliveira et al., 2015) και μπορεί να ποικίλλει μεταξύ των κλώνων της ίδιας ποικιλίας όπως φαίνεται στο Tempranillo (Arrizabalaga et al., 2018).

Η επίδραση της θερμοκρασίας στις τανίνες δεν είναι ακόμα καλά κατανοητή. Η σύνθεση των μονομερών ταννίνης, των φλαβαν-3-ολών, αυξήθηκε κάτω από υψηλή θερμοκρασία (Cohen et al., 2012a,b), αν και και στις δύο τελευταίες μελέτες, οι διαφορές δεν ήταν πλέον σημαντικές κατά τον έλεγχο. Οι τανίνες δεν επηρεάστηκαν από το θερμικό στρες στο Sangiovese (Pastore et al., 2017), καθώς και στη μελέτη των Gouot et al. (2019) οι οποίοι ανέφεραν απουσία επίδρασης στα επίπεδα φλαβαν-3-όλης ή ταννίνης, αλλά ένα σημαντικά υψηλότερο ποσοστό γαλοϋλίωσης των φλαβαν-3-ολών, σύμφωνα με αυτό που αναφέρεται από τους Cohen et al. (2012a) και υποδεικνύεται από την υπερέκφραση της UDP γλυκόζης-γαλλικού οξέος-γλυκοζυλοτρανσφεράσης υπό υψηλή θερμοκρασία όπως αναφέρεται από τους Rienth et al. (2016).

Όσον αφορά τη σύνθεση στιλβενίου, το θερμικό στρες ανέστειλε την έκφραση των μελών της βιοσυνθετικής οδού STS (Rienth et al., 2014b), ενώ η έκθεση σταφυλιού σε χαμηλή θερμοκρασία ρύθμισε προς τα πάνω τα μεταγραφήματα STS υποδεικνύοντας υψηλότερη βιοσύνθεση στιλβενίου σε χαμηλή θερμοκρασία (Pastore et al., 2017).

Θερμοκρασία Επίπτωση στις Αρωματικές Ενώσεις

Στα φυτά, η υψηλή θερμοκρασία προκαλεί αύξηση της παραγωγής και της εκπομπής αρωματικών ενώσεων όπως φαίνεται ιδιαίτερα για τα τερπένια μέχρι ένα ορισμένο όριο, γενικά γύρω στους 40°C (Guenther et al., 1993; Copolovici and Niinemets, 2016). Στα μούρα σταφυλιού, ο αντίκτυπος της θερμοκρασίας στη συσσώρευση αρωματικών ενώσεων είναι διφορούμενος (Selmar and Kleinwächter, 2013; Lecourieux et al., 2017). Από πρόσφατες μελέτες, φαίνεται ότι τα επίπεδα αρώματος μειώνονται όταν εφαρμόζεται θερμική καταπόνηση τόσο σε κλίμακα δέσμης (Lecourieux et al., 2017) όσο και σε κλίμακα ολόκληρου του φυτού εάν ασκηθεί πίεση κατά την ωρίμανση των μούρων (Rienth et al., 2014b ). Στο Sangiovese, οι Pastore et al. (2017) ανέφερε αύξηση στην έκφραση του TPS σε υψηλότερη θερμοκρασία πριν από την ωρίμανση και καταστολή της συνθάσης της λιναλοόλης, της συνθάσης δέλτα-καδινενίου, της συνθάσης βετισπιραδιενίου, και μια δράση ενζύμου γερμακρινίου κατά την ωρίμανση. Στο Sauvignon blanc που εκτέθηκε σε υψηλότερη θερμοκρασία μούρων μέσω της αφαίρεσης των φύλλων, η συγκέντρωση των πρόδρομων ουσιών της θειόλης στα μούρα κατά τη συγκομιδή δεν τροποποιήθηκε σημαντικά (Sivilotti et al., 2017). Ωστόσο, οι Wu et al. (2019) βρήκε χαμηλότερη συγκέντρωση του αλδεϋδικού γλουταθειονυλιωμένου προδρόμου του 3SH (Glut-3SH-Al) στα σταφύλια από το Cabernet Sauvignon και το Sauvignon Blanc κάτω από αύξηση θερμοκρασίας 1,5°C.

Οι μελέτες θερμοκρασίας για τα καροτενοειδή, τις πρόδρομες ενώσεις των νοριζοπρενοειδών C13 (βλέπε παραπάνω), είναι επίσης ασυνεπείς, πιθανότατα λόγω της δυσκολίας διαχωρισμού των επιδράσεων θερμοκρασίας και ακτινοβολίας σε δοκιμές πεδίου. Υψηλότερα επίπεδα καροτενοειδών βρέθηκαν σε Riesling και Chenin Blanc που καλλιεργήθηκαν σε θερμότερες από ψυχρότερες περιοχές (Marais et al., 1991). Στην κοιλάδα Duoro στην Πορτογαλία, η ψυχρότερη θερμοκρασία σε μεγαλύτερα υψόμετρα πιθανώς συνέβαλε στη χαμηλότερη συγκέντρωση καροτενοειδών στα μούρα στις αυτόχθονες ποικιλίες της Πορτογαλίας (Oliveira et al., 2004). Οι Fernandes de Oliveira et al. (2015) βρήκε σταθερά υψηλότερη περιεκτικότητα σε καροτενοειδή στα σκιασμένα σταφύλια σε σύγκριση με τα σταφύλια που εκτίθενται στο άμεσο ηλιακό φως. Ωστόσο, η αφαίρεση των φύλλων στη ζώνη καρποφορίας, η οποία γενικά αυξάνει τη θερμοκρασία γύρω από τα μούρα, δεν άλλαξε τα συνολικά καροτενοειδή στο Riesling (Kwasniewski et al., 2010).

Η συγκέντρωση του Νορισοπρενοειδούς C13 1,1,6-τριμεθυλ-1,2-διυδροναφθαλενίου (TDN), που καθορίζει τις νότες που μοιάζουν με κηροζίνη του παλαιωμένου Riesling, είναι γενικά υψηλότερη σε θερμά κλίματα (Marais et al., 1992· Schüttler et al. al., 2015). Μεταγραφές που σχετίζονται με τα καροτενοειδή και τα νορισοπρενοειδή C13, όπως η συνθάση φυτοενίου (VviPSY), η οποία καταλύει το πρώτο στάδιο της βιοσύνθεσης καροτενοειδών, και γονίδια που κωδικοποιούν τη φυτοενική αφυδρογονάση, την δεσατουράση των καροτενίων, την ισομεράση καροτενοειδών, την λυκοπενική κυκλάση ρυθμιζόμενη από την καροτενιοξυραντολυάση, σε υψηλή θερμοκρασία (Rienth et al., 2014b; Lecourieux et al., 2017).

Λαμβάνοντας υπόψη τις ποικιλίες που παράγουν MPs, τα κρασιά που παράγονται σε ψυχρότερες περιοχές έχουν υψηλότερες συγκεντρώσεις MP και εμφανίζουν μια πιο φυτική οσμή, όπως φαίνεται για τα Cabernet Sauvignon και Sauvignon Blanc (Allen et al., 1991; Falcão et al., 2007). Ωστόσο, δεν είναι ακόμη σαφές σε ποιο βαθμό η θερμοκρασία συμβάλλει στη μείωση των MPs πριν και κατά την ωρίμανση και σε ποιο βαθμό η μείωση οφείλεται στην ακτινοβολία (Darriet et al., 2012; Lei et al., 2018). Τα περιορισμένα μοριακά δεδομένα υποδεικνύουν καταστολή της σύνθεσης IBMP ήδη στο πράσινο μούρο που εκτίθεται σε υψηλή θερμοκρασία, όπως επισημαίνεται από την καταστολή του βασικού γονιδίου VviOMT3 κατά τη διάρκεια πειραμάτων θερμικής καταπόνησης με καρποφόρα μοσχεύματα (Lecourieux et al., 2017).

Πρόσφατη έρευνα έχει χαρακτηρίσει άλλα συστατικά αρώματος που συμβάλλουν στις υπερώριμες αρωματικές αποχρώσεις στα σταφύλια και στα κρασιά των ερυθρών ποικιλιών (δηλαδή, αποχρώσεις μαρμελάδας και δαμάσκηνου στα κρασιά Merlot και Cabernet Sauvignon) (Pons et al., 2017a; Allamy et al., 2018 ). Τέτοια σταφύλια και κρασιά παρουσίασαν μεγαλύτερη συγκέντρωση χημικών ενώσεων που ανήκουν στην οικογένεια των κετόνων, φουρανονών και λακτονών. Επιπλέον, η ανάλυση κρασιών διαφορετικών σοδειών από ένα κτήμα Pomerol περιείχε υψηλότερες συγκεντρώσεις 5,6-διυδρο-6-πεντυλ-2-(2Η)-πυρανόνης (που ονομάζεται λακτόνη massoia ή 2-δεκεν-5-ολίδιο) και γάμμα- μη αλακτόνη κατά τη διάρκεια σοδειών με υψηλότερες μέσες θερμοκρασίες. Αυτό οδηγεί στην υπόθεση ότι οι αυξημένες θερμοκρασίες λόγω της κλιματικής αλλαγής θα αυξήσουν την αντίληψη των υπερβολικά ώριμων φρουτένιων νότων, όπως συμβαίνει τώρα σε hot vintage (Pons et al., 2017a).

Ακτινοβολία

Όπως περιγράφηκε παραπάνω, στο μέλλον προβλέπονται αλλαγές στη σύνθεση αερίων της ατμόσφαιρας. Αυτές οι αλλαγές μπορεί να επηρεάσουν την ποσότητα και τη σύνθεση της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της γης. Η έκθεση των σταφυλιών στο ηλιακό φως συνήθως συνδέεται με υψηλότερη ποιότητα μούρων λόγω υψηλότερων επιπέδων ολικών διαλυτών στερεών, ανθοκυανινών και φαινολικών εν γένει, και χαμηλότερα επίπεδα οξέων και pH χυμού καθώς και χαμηλότερη συχνότητα εμφάνισης ασθενειών λόγω καλύτερων μικροκλίματος (Dokoozlian και Kliewer, 1996· Bergqvist et al., 2001· Abeysinghe et al., 2019).

Επίδραση της Ακτινοβολίας στις Φαινολικές Ενώσεις

Η έκθεση των σταφυλιών στο ηλιακό φως συνήθως αυξάνει το επίπεδο των φαινολικών ενώσεων όπως φαίνεται, για παράδειγμα, στο Riesling (Brandt et al., 2019), Pinot Noir (Song et al., 2015), Summer Black (Xi et al., 2016 ), και Cabernet Sauvignon (Blancquaert et al., 2019). Παράλληλα, η έκθεση στο ηλιακό φως ενισχύει την έκφραση των δομικών και ρυθμιστικών γονιδίων φαινυλοπροπανοειδών (Chorti et al., 2010; Matsuyama et al., 2014; Wu et al., 2014; Friedel et al., 2015; Sun et al., 201). . Μεταξύ των φαινολικών, τα πιο ευαίσθητα στο φως είναι τα φλαβονοειδή και ειδικότερα οι γλυκοζίτες της φλαβονόλης, των οποίων τα επίπεδα αυξάνονται δραματικά με την αύξηση της έκθεσης στο ηλιακό φως, με συνέπεια με τη δραστηριότητα ελέγχου της υπεριώδους ακτινοβολίας και την ικανότητά τους να μειώνουν την οξειδωτική βλάβη που προκαλείται από το φως (Downey et al., 2004· Matus et al., 2009· Agati et al., 2013· Martínez-Lüscher et al., 2014· Reshef et al., 2017, 2018). Σε μια πρόσφατη ολοκληρωμένη μελέτη που χρησιμοποίησε αραίωση φύλλων και αφαίρεση βλαστών σε Cabernet Sauvignon και Petit Verdot για τη βελτίωση της έκθεσης στον ήλιο, οι φλαβονόλες καμπφερόλη, κερσετίνη και μυρισετίνη αυξήθηκαν σημαντικά, ενώ δεν σημειώθηκαν αλλαγές σε άλλες φλαβονοειδείς ενώσεις (Torres et al., 2020a). . Alike, Sun et al. (2017) βρήκε υψηλότερα επίπεδα υδροξυκινναμωμικών οξέων και φλαβονόλης στο Cabernet Sauvignon όταν η έκθεση στον ήλιο ήταν αυξημένη.

Αρκετές μεταγραφικές μελέτες υποδεικνύουν ότι, στο δέρμα του μούρου, τα γονίδια φλαβονόλης – για παράδειγμα VviFLS1, VviGT5 και VviGT6 στα μούρα Tempranillo – επάγονται περισσότερο από εκείνα άλλων φαινυλοπροπανοειδών από την υπεριώδη ακτινοβολία (Koyama et al., 2012; Loyola et al., 2016, 2016). ). Αντίστροφα, οι Matus et al. (2009) βρήκε μειωμένη έκφραση του VviFLS4 και του υποτιθέμενου μεταγραφικού του ρυθμιστή MYB12 όταν τα μούρα ήταν σκιασμένα.

Δεν είναι πλήρως κατανοητό σε ποιο βαθμό το ορατό και/ή το υπεριώδες φως συμβάλλουν στη διέγερση της σύνθεσης φαινολικών ενώσεων (Keller and Torres-Martinez, 2004; Schreiner et al., 2012; Teixeira et al., 2013). Με βάση πρόσφατες μελέτες, φαίνεται ότι ιδιαίτερα το κλάσμα UV-B της ηλιακής ακτινοβολίας είναι υπεύθυνο για την ενισχυμένη έκφραση βασικών γονιδίων φλαβονοειδών (Koyama et al., 2012; Teixeira et al., 2013; Carbonell-Bejerano et al., 2014 Martínez-Lüscher et al., 2014· Liu et al., 2015· Loyola et al., 2016). Πρόσφατα, δύο bZIP TFs επιμήκεις ορθολόγοι πρωτεΐνης υποκοτυλίου 5 (HY5), VviHY5 και VviHYH, χαρακτηρίστηκαν ως συστατικά της οδού απόκρισης UV-B στην αμπέλια και μεσολαβούμενη συσσώρευση φλαβονόλης ως απόκριση σε υψηλή έκθεση σε ακτινοβολία (Loyola et al., 201; et al., 2017).

Η έκθεση των συστάδων σταφυλιών στο φως αυξάνει σημαντικά τη συσσώρευση ανθοκυανίνης, ενώ η σκίαση τη μειώνει (Spayd et al., 2002; Downey et al., 2004; Matus et al., 2009; Song et al., 2015; Guan et al., 2016). Σε μια ολοκληρωμένη in vitro μελέτη που εξέτασε την επίδραση της έκθεσης των μούρων σε θεραπείες φωτός και θερμοκρασίας, οι Azuma et al. (2012) ανέφερε υψηλότερα επίπεδα ανθοκυανίνης σε σταφύλια που εκτέθηκαν σε υψηλότερα επίπεδα φωτός. Αυτά τα υψηλότερα επίπεδα συσχετίστηκαν με την ανοδική ρύθμιση των περισσότερων γονιδίων των οδών βιοσύνθεσης της ανθοκυανίνης. Αρκετές άλλες μελέτες επιβεβαιώνουν την επαγωγή κύριων γονιδίων ανθοκυανίνης όπως το TF VviMYBAa μαζί με το VviUFGT υπό αυξημένη έκθεση στον ήλιο (Koyama et al., 2012· Shinomiya et al., 2015). Με ενδιαφέρο,

Οι συνθήκες χαμηλού φωτισμού ρυθμίζουν την αναλογία των δι- προς τρι-υδροξυλιωμένων ανθοκυανινών περισσότερο προς τις τρι-υδροξυλιωμένες ανθοκυανίνες, όπως αποδεικνύεται από τη μείωση της ρύθμισης των VviF3’5’Hs (Azuma et al., 2012; Koyama et al., 2012; Guan et al. , 2016). Παρόμοιες τάσεις, αλλά ασυνεπείς μεταξύ των ετών, έχουν αναφερθεί πρόσφατα σε θερμά κλίματα με το Cabernet Sauvignon (Sun et al., 2017) και το Petite Verdot (Torres et al., 2020a,b). Φαίνεται ότι οι συνθήκες χαμηλού φωτισμού αυξάνουν τη συγκέντρωση των μη ακυλιωμένων ανθοκυανινών (Downey et al., 2006; Matus et al., 2009) αλλά αυτό μένει να επιβεβαιωθεί σε μελλοντικές μελέτες.

Πρόσφατα, έχει προταθεί ένας ρόλος του miRNA στην απόκριση της ανθοκυανίνης στην ακτινοβολία UV-B. Sunitha et al. (2019) υποθέτουν ότι η επαγόμενη από την υπεριώδη ακτινοβολία Β ρύθμιση προς τα πάνω του miR3627/4376 διευκολύνει τη συσσώρευση ανθοκυανίνης ανταγωνιζόμενος έναν τελεστή ασβεστίου και έδειξε ότι τα miR395 και miR399, τα οποία προκαλούνται από ελλείψεις μικροθρεπτικών συστατικών που είναι επίσης γνωστά ότι προκαλούν συσσώρευση της ανθοκυανίνης, ανταποκρίνονται θετικά στην ανθοκυανίνη ακτινοβολία. Τέλος, οι αυξήσεις στην αφθονία του συμπλέγματος MYB-bHLH-WD40, το οποίο ρυθμίζει την παραγωγή ανθοκυανίνης, προκαλούνται από αλλαγές που προκαλούνται από την UV-B στο miR156/miR535. Οι ίδιες αλλαγές θα μπορούσαν να συμβάλουν στην παρατηρούμενη ανοδική ρύθμιση του miR828. Με τη σειρά του, το miR828 θα ρύθμιζε τους AtMYB113-ortologues MYBA5,

Επίδραση της ακτινοβολίας στις αρωματικές ενώσεις

Είναι γενικά γνωστό ότι η έκθεση στο φως αυξάνει τη συγκέντρωση των περισσότερων αρωματικών ενώσεων στα μούρα σταφυλιού, αλλά ότι το υπερβολικό ηλιακό φως καθώς και ο ολικός αποκλεισμός του αναστέλλουν τη συσσώρευση των περισσότερων αρωματικών ενώσεων (Bureau et al., 2000; Zhang et al., 2014; Young et al., 2016).

Επειδή τα καροτενοειδή είναι χρωστικές ουσίες με φωτοπροστατευτική λειτουργία, η βιοσύνθεσή τους γενικά ενισχύεται υπό υψηλή ακτινοβολία, όπως και τα προϊόντα αποδόμησής τους. Τα επίπεδα των νοριζοπρενοειδών C13 συσχετίζονται επίσης σε μεγάλο βαθμό με την εκτεταμένη έκθεση στον ήλιο (Kwasniewski et al., 2010; Schüttler et al., 2015; Young et al., 2016). Η έκθεση στο ηλιακό φως αύξησε τη συγκέντρωση της β-ιονόνης, αλλά η αύξηση δεν ήταν στατιστικά σημαντική για τη θεραπεία με υπεριώδη ακτινοβολία (Song et al., 2015) και το TDN βρίσκεται συνήθως σε υψηλές ποσότητες στα εκτεθειμένα στον ήλιο μούρα Riesling, με αποτέλεσμα υψηλότερη βενζίνη άρωμα κρασιών (Mendes-Pinto, 2009).

Young et al. (2016) ανέφερε ότι τα γονίδια που κωδικοποιούν το κυτοσολικό CCD1 ρυθμίστηκαν προς τα πάνω σε εκτεθειμένες συστάδες στα προηγούμενα στάδια ανάπτυξης μούρων. Αντίθετα, τα χλωροπλαστικά γονίδια που κωδικοποιούν CCD4 ρυθμίστηκαν προς τα κάτω σε εκτεθειμένες ομάδες κατά την ωρίμανση. Επομένως, οι Young et al. (2016) πρότεινε ότι τα αυξημένα επίπεδα νοριζοπρενοειδών που παρατηρήθηκαν σε εκτεθειμένα μούρα κατά την ωρίμανση δεν οφείλονταν στην αυξημένη γονιδιακή έκφραση (των γονιδίων που κωδικοποιούν CCD4) αλλά μάλλον λόγω της αυξημένης διαθεσιμότητας υποστρώματος (καροτενοειδών).

Τα μονοτερπένια, και ιδιαίτερα η λιναλοόλη, είναι πολύ ευαίσθητα στο ηλιακό φως, όπως φαίνεται, για παράδειγμα, στο Sauvignon Blanc and Riesling (Sasaki et al., 2016), όπου η έκφραση του VviDXS και των συνθασών της λιναλοόλης μειώθηκε από τη χαμηλή έκθεση στον ήλιο και από την υπεριώδη ακτινοβολία -Β αποκλεισμός, με αποτέλεσμα χαμηλότερα επίπεδα περιεκτικότητας σε λιναλοόλη. Ομοίως, οι Zhang et al. (2017) έδειξε ότι, στην ποικιλία Μοσχάτο Jingxiangyu, η λιναλοόλη ήταν η πιο ευαίσθητη ένωση στο ηλιακό φως, ακολουθούμενη από το ocimene και τη γλυκοζυλιωμένη γερανιόλη. Η μείωση των επιπέδων αυτών των τερπενίων με αποκλεισμό του ηλιακού φωτός συσχετίστηκε με τη μειωμένη έκφραση των γονιδίων VviPNLinNer1, VviCSbOci, VviGT7 και VviGT14. Παρομοίως, οι Carbonell-Bejerano et al. (2014) ανέφερε μια ανοδική ρύθμιση των γονιδίων που εμπλέκονται στη βιοσύνθεση των μονοτερπενοειδών, όπως η συνθάση 1,8-κινεόλης/ευκαλυπτόλης και δύο συνθάσες λιναλοόλης, σε μούρα Tempranillo εκτεθειμένα σε υψηλή ακτινοβολία UV-B. Γενικά, τα επίπεδα μονοτερπενίου προκλήθηκαν από την έκθεση των συστάδων στο ηλιακό φως (Song et al., 2015; Feng et al., 2017).

Young et al. (2016) έδειξε ότι η αυξημένη φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία (PAR) ( 52%) οδήγησε σε υψηλότερα επίπεδα πτητικών τερπενοειδών στα εκτεθειμένα μούρα Sauvignon Blanc. Ωστόσο, υπήρχαν σαφείς διαφορές στις απαντήσεις με βάση το εξεταζόμενο αναπτυξιακό στάδιο.

Ομοίως, οι Šuklje et al. (2014) βρήκε αυξημένη συγκέντρωση θειολών σε συστάδες που εκτίθενται στο ηλιακό φως και είναι γενικά γνωστό ότι η έκθεση στο φως κατά την ωρίμανση μειώνει την περιεκτικότητα σε MP στα μούρα (Roujou de Boubee et al., 2000; Sala et al., 2004; Stummer et al. , 2005· Darriet et al., 2012· Sidhu et al., 2015· Martin et al., 2016· Cassandra et al., 2019· Torres et al., 2020a). Είναι ενδιαφέρον ότι σύμφωνα με τους Koch et al. (2012), η υψηλότερη ένταση φωτός πριν και όχι κατά την ωρίμανση έχει μεγαλύτερη επίδραση στη συγκέντρωση μεθοξυπυραζίνης κατά τη συγκομιδή. Οι Dunlevy et al. (2013) έδειξε ότι τόσο ο πρόδρομος της 3-ισοβουτυλ-2-υδροξυπυραζίνης (IBHP) όσο και η έκφραση του VviOMT3, ενός γονιδίου που ελέγχει το τελικό στάδιο της βιοσύνθεσης της μεθοξυπυραζίνης, μειώθηκαν δραστικά σε εκτεθειμένες ομάδες (Koch et al., 2012) .

Οι Allamy et al. (2018) εξέτασε χωριστά την ειδική επίδραση της έκθεσης στο φως στις ενώσεις αρώματος μούρων κατά την αποθήκευση μετά τη συγκομιδή. Υπό συνθήκες έκθεσης στο φως, παρατηρήθηκαν σημαντικές αυξήσεις στις συγκεντρώσεις φουρανόλης, ομοφουρανόλης και γ-νοναλακτόνης τόσο στον χυμό σταφυλιού όσο και στο κρασί (Allamy et al., 2018).

Νερό

Επίδραση της κατάστασης του αμπελιού νερού στις φαινολικές ενώσεις

Μελέτες που διερευνούν την επίδραση της διαθεσιμότητας νερού στη φυσιολογία και την ποιότητα των μούρων έχουν πρόσφατα αναθεωρηθεί από τους Scholasch and Rienth (2019), Rienth and Scholasch (2019) και Gambetta et al. (2020). Η επίδραση του ελλείμματος νερού στην ανάπτυξη των μούρων εξαρτάται από την ένταση και τη διάρκεια του στρες καθώς και από το στάδιο ανάπτυξης. Το έλλειμμα νερού κατά την πρώτη φάση ανάπτυξης είχε την υψηλότερη επίδραση στον τελικό όγκο των μούρων και κατά συνέπεια στην απόδοση. Το έλλειμμα νερού μειώνει την κυτταρική επέκταση χωρίς να επηρεάζει το ρυθμό κυτταρικής διαίρεσης (Ojeda et al., 2001), σε αντίθεση με τις συχνές εικασίες. Κατά τη φάση της ωρίμανσης, το έλλειμμα νερού έχει μικρότερο αντίκτυπο στο μέγεθος των μούρων από ό,τι κατά την πρώτη φάση ανάπτυξης, πιθανώς λόγω των μειωμένων υδραυλικών συνδέσεων με το μητρικό φυτό.

Είναι γενικά γνωστό ότι ένα μέτριο έλλειμμα νερού (δυναμικό νερού πριν από την αυγή των φύλλων μεταξύ -0,3 έως -0,5 MPa) είναι ευεργετικό για την τελική ποιότητα του κρασιού, κάτι που ισχύει ιδιαίτερα για τις ερυθρές ποικιλίες (Van Leeuwen et al., 2009; Zufferey et al., 2017). Επειδή το έλλειμμα νερού μείωσε τον όγκο των μούρων, τα θετικά αποτελέσματα μπορούν εν μέρει να αποδοθούν στην υψηλότερη συγκέντρωση καθοριστικών ενώσεων ποιότητας που συντίθενται στα κύτταρα του δέρματος (την επιφάνεια του μούρου). Ωστόσο, μια ενισχυμένη συσσώρευση δευτερογενών μεταβολιτών ανεξάρτητα από τις αλλαγές όγκου των μούρων έχει ήδη επισημανθεί από τους Ojeda et al. (2002) και επιβεβαιώθηκε από διάφορες μοριακές μελέτες που παρατηρούν μια ανοδική ρύθμιση των βασικών ενζύμων των οδών φαινυλοπροπανοειδών και φλαβονοειδών (Castellarin et al., 2007a,b; Cramer et al., 2007; Deluc et al., 2009, 2011 Teii; al., 2013· Savoi et al., 2016, 2017;

Τα πιο ευεργετικά αποτελέσματα παρατηρούνται όταν υπάρχει έλλειμμα νερού κατά τη διάρκεια της ωρίμανσης. Εκτός από τη συνολική αύξηση της συσσώρευσης φαινυλοπροπανοειδών και φλαβονοειδών (Chorti et al., 2016; Koundouras, 2018), αρκετές μελέτες έδειξαν μια τροποποίηση στη σύνθεση των ανθοκυανινών προς μια σχετική αύξηση των τρι-υδροξυλιωμένων ανθοκυανινών (3′,4′, 5′-υδροξυλιωμένη: δελφινιδίνη, πετούνιδίνη, μαλβιδίνη) (Castellarin et al., 2007a· Ollé et al., 2011· Cook et al., 2015). Ωστόσο, οι αλλαγές στο προφίλ της ανθοκυανίνης ως απόκριση στο έλλειμμα νερού φαίνεται να εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την ποικιλία (Niculcea et al., 2014; Theodorou et al., 2019). Ορισμένες αναφορές έδειξαν αύξηση της συγκέντρωσης προανθοκυανιδίνης και των επιπέδων πολυμερισμού προανθοκυανιδίνης σε φλούδες μούρων σταφυλιού (Kyraleou et al., 2016; Cáceres-Mella et al., 2017) και υψηλότερα επίπεδα κατεχίνης (Zsófi et al., 2014). Η παρατηρούμενη αύξηση των φαινολικών ενώσεων όταν εμφανίζεται έλλειμμα νερού πριν από το véraison μπορεί να αποδοθεί κυρίως σε επιδράσεις συγκέντρωσης (Santesteban et al., 2011; Brillante et al., 2018). Ωστόσο, αρκετές μελέτες παρατήρησαν επίσης αύξηση στην περιεκτικότητα σε ανθοκυανίνη ανά μούρο (Ojeda et al., 2002; Castellarin et al., 2007a; Koundouras et al., 2009; Ollé et al., 2011).

Επίδραση της κατάστασης του αμπελιού νερού στις αρωματικές ενώσεις

Οι αναφερόμενες επιδράσεις της διαθεσιμότητας νερού στις αρωματικές ενώσεις είναι λιγότερο εμφανείς από ότι για τις φαινολικές ενώσεις. Οι περισσότερες μελέτες έλλειψης νερού σχετικά με τις αρωματικές ενώσεις σταφυλιού δείχνουν πολύ ετερογενή αποτελέσματα, ανάλογα με τον τύπο των αρωματικών ενώσεων που εξετάζονται, όπως αναθεωρείται από τους Alem et al. (2019). Αναφέρθηκε μια θετική σχέση μεταξύ της αύξησης του ελλείμματος νερού και της συγκέντρωσης των C13-νορισοπρενοειδών όπως η β-δαμασκενόνη, η β-ιονόνη και το 1,1,6-τριμεθυλ-1,2-διυδροναφθαλίνιο. Αυτό ίσχυε ιδιαίτερα για κόκκινες ποικιλίες όπως το Cabernet Sauvignon (Bindon et al., 2007; Koundouras et al., 2009; Brillante et al., 2018), Merlot (Song et al., 2012) και Tempranillo (Talaverano et al. ., 2017). Στο των Talaverano et al. (2017), ενώσεις C6 (εξανάλη, trans-2-εξενάλη και 1-εξανόλη), πτητικά φαινόλη, αιθυλεστέρες, και οι λακτόνες βρέθηκαν επίσης να αυξάνονται υπό έλλειμμα νερού, σε αντίθεση με τους Song et al. (2012), η οποία ανέφερε μείωση αυτών των ενώσεων υπό έλλειμμα νερού στο Merlot.

Αρκετές μελέτες ανέφεραν αυξημένες συγκεντρώσεις μονοτερπενίων όπως το λιμονένιο, η λιναλοόλη, η α-τερπινεόλη γερανυλακετόνη, η γερανιόλη και η κιτρονελλόλη υπό ελαφριά έως μέτρια υδατική καταπόνηση (Savoi et al., 2016; Brillante et al., 2018; Wang et al., 2019 Kovalenko et al., 2021), η οποία συσχετίστηκε με αυξημένες εκφράσεις γονιδίων τερπενοειδών συνθασών στους Chardonnay και Tocai Friulano (Deluc et al., 2011· Savoi et al., 2016). Μερικοί συγγραφείς αναφέρουν υψηλότερες συγκεντρώσεις μονοτερπενίων, ακόμη και υπό σοβαρό έλλειμμα νερού (Schüttler et al., 2015). Μία από τις λίγες αρωματικές ενώσεις των οποίων η συγκέντρωση στο μούρο συσχετίζεται αρνητικά με μέτριο έλλειμμα νερού είναι η πρόσφατα ανακαλυφθείσα σεσκιτερπενική ροτονδόνη (Wood et al., 2008; Geffroy et al., 2014, 2018) που σχετίζεται με νότες μαύρου πιπεριού.

Οι πρόδρομες ενώσεις των πτητικών θειόλων (S, 4MSPOH και η 3SH) που υπάρχουν στο μούρο (Tominaga et al., 2000; Fretz et al., 2005) αυξήθηκαν κάτω από ήπιο έλλειμμα νερού και μειώθηκαν υπό σοβαρή καταπόνηση (δυναμικό νερού πριν την αυγή των φύλλων κοντά στο – 1,0 MPa) (des Gachons et al., 2005). Ωστόσο, δεδομένου ότι το άζωτο είναι πολύ σημαντικό για την παραγωγή πτητικών θειόλων των σταφυλιών (Helwi et al., 2015, 2016) και η απορρόφησή του μπορεί να περιοριστεί από το έλλειμμα νερού (Celette και Gary, 2013), οι επιδράσεις που παρατηρούνται μπορεί να είναι έμμεσες και σε μεγάλο βαθμό λόγω περιορισμένης απορρόφησης αζώτου. Οι Picard et al. (2017) διαπίστωσε ότι η έκθεση των αμπελιών σε έλλειμμα νερού σχετίζεται θετικά με την αντίληψη της τυπικότητας του παλαιωμένου μπουκέτου (άρωμα τρούφας και υπόξυλο) στα premium κρασιά Bordeaux. Φαίνεται ότι το μέτριο έλλειμμα νερού αυξάνει τη συγκέντρωση των C13-νορισοπρενοειδών πιθανότατα από υψηλότερη έκθεση στον ήλιο λόγω μειωμένης θόλου (Koundouras et al., 2009). Από την άλλη πλευρά, ο μειωμένος θόλος που προκαλείται από το έλλειμμα νερού μπορεί να ευνοήσει την αποικοδόμηση της μεθοξυπυραζίνης (Brillante et al. (2018) και Harris et al. (2012).

Συγκέντρωση Co2

Η αυξημένη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα (eCO2) είναι γενικά ευεργετική για τα φυτά, επειδή οδηγεί σε αύξηση του ρυθμού της φωτοσυνθετικής δέσμευσης του άνθρακα από τα φύλλα. Αυτό οδηγεί κυρίως σε αυξημένη ανάπτυξη των φυτών και παραγωγή βιομάζας και μεταφράζεται σε αυξήσεις της συγκομιδής απόδοσης σιταριού, ρυζιού και σόγιας, παρουσιάζοντας όλα 12-14% αύξηση της απόδοσης υπό το eCO2 σε πειράματα FACE (Free Air Carbon Enrichment) (Ainsworth and Long, 2005; Ainsworth και Rogers, 2007· Ainsworth, 2008). Στις καλλιέργειες φρούτων και λαχανικών, το eCO2 γενικά αύξησε τη συνολική αντιοξειδωτική ικανότητα καθώς και τις συγκεντρώσεις φρουκτόζης, γλυκόζης, ολικών διαλυτών σακχάρων, ολικών φαινολικών, ολικών φλαβονοειδών, ασκορβικού οξέος και ασβεστίου στα βρώσιμα μέρη (Sun et al., 2017). .

Οι περισσότερες μελέτες για την αμπέλια που ασχολούνται με το eCO2 επικεντρώθηκαν στη βλαστική ανάπτυξη και τη φωτοσύνθεση, ενώ οι φυσιολογικές και μοριακές μελέτες για τον μεταβολισμό των μούρων είναι σχετικά σπάνιες μέχρι στιγμής. Όλες οι μελέτες αναφέρουν αυξημένη φωτοσύνθεση που οδηγεί σε αύξηση της απόδοσης και της βιομάζας υπό eCO2 (Goncalves et al., 2009; Moutinho-Pereirea et al., 2009; Kizildeniz et al., 2015; Edwards et al., 2016, 2017; Wohlfahret; ., 2018). Σε μελέτες κλιματικού θαλάμου, οι Martinez-Luscher et al. (2015) τόνισε την εξάρτηση των ρυθμών ωρίμανσης των μούρων από τη διαδικασία στερέωσης του άνθρακα, η οποία συσχετίζεται με τη συγκέντρωση CO2.

Μόνο ορισμένα χαρακτηριστικά του σταφυλιού έχει βρεθεί ότι επηρεάζονται από το eCO2. Συγκεκριμένα, τα σάκχαρα, τα οξέα και το μέγεθος των μούρων αυξήθηκαν υπό το eCO2 (Bindi et al., 2001; Kizildeniz et al., 2015). Ωστόσο, σε μια μελέτη FACE που εξέτασε τα αμπέλια Riesling και Cabernet Sauvignon εκτεθειμένα σε μέτριες αυξήσεις του ατμοσφαιρικού CO2, η συγκέντρωση σακχάρου δεν επηρεάστηκε ακόμα κι αν οι αποδόσεις αυξήθηκαν (Wohlfahrt et al., 2018). Στα κρασιά που παρασκευάζονται από το τελευταίο πείραμα FACE, ο μούστος και τα νεαρά κρασιά, η ποιότητα και η κομποσιτίνη δεν βρέθηκε να επηρεάζονται αρνητικά από ένα eCO2 (Wohlfahrt et al., 2021). Οι ανθοκυανίνες και οι προανθοκυανιδίνες δεν επηρεάστηκαν από το eCO2 στις περισσότερες μελέτες (Goncalves et al., 2009; Salazar-Parra et al., 2012; Kizildeniz et al., 2015).

Σε πειράματα πολλαπλών στρες με μοσχεύματα καρποφορίας Temperanillo όπου οι μελλοντικές συνθήκες θερμοκρασίας ( 4°C) και CO2 (700 ppm) προσομοιώθηκαν, το υψηλό CO2 ιδίως όταν συνδυάστηκε με υψηλή θερμοκρασία επιτάχυνε την ωρίμανση των καρπών, τη συσσώρευση σακχάρου, την αναπνοή μηλικού οξέος και μείωσε τα προαναφερθέντα υψηλά αποσύνδεση ανθοκυανίνης-σακχάρου που προκαλείται από τη θερμοκρασία (Arrizabalaga-Arriazu et al., 2020a).

Η επίδραση του eCO2 στις αρωματικές ενώσεις μένει να διευκρινιστεί. Οι Goncalves et al. (2009) δεν βρήκε καμία επίδραση στις αρωματικές ενώσεις όπως οι αλκοόλες C6, οι αλκοόλες, οι εστέρες, οι τερπενόλες, οι καρβονυλικές ενώσεις, τα οξέα, οι πτητικές φαινόλες και τα νορισοπρενοειδή C13 υπό μέτριο eCO2 (500 ppm). Ωστόσο, η ίδια επεξεργασία προκάλεσε αυξημένο επίπεδο 2-μεθυλβουτυρικού αιθυλεστέρα, οξικού ισοαμυλεστέρα, εξανοϊκού αιθυλεστέρα και οκτανοϊκού αιθυλεστέρα.

Προκαταλήψεις που δημιουργούνται από την ετερογένεια του Berry και τη διακύμανση όγκου

Εμπειρικά, οι αμπελουργοί και οι φυσιολόγοι των μούρων γνωρίζουν ότι η ωρίμανση του σταφυλιού είναι μια πολύ ετερογενής διαδικασία που μπορεί εύκολα να γίνει αντιληπτή οπτικά γύρω από το véraison όταν, σε ποικιλίες κόκκινου σταφυλιού, τα μούρα της ίδιας συστάδας αλλάζουν χρώμα ασύγχρονα. Για φυσιολογικές μελέτες «λεπτής κλίμακας» που στοχεύουν να αποκαλύψουν την επίδραση του κλίματος και των αβιοτικών παραγόντων στη σύνθεση των μούρων σταφυλιού, η τυχαία χρονική κλίμακα δειγματοληψίας μούρων που υιοθετείται συνήθως μπορεί να προκαλέσει σημαντικές προκαταλήψεις στη χημική σύνθεση και τα δεδομένα γονιδιακής έκφρασης, τα οποία μπορεί ενδεχομένως να κρύψουν σημαντικές φυσιολογικές πληροφορίες. Η κακή συσχέτιση των φαινοτυπικών και μεταγραφικών δεδομένων που παρατηρείται συχνά σε μελέτες αβιοτικού και βιοτικού στρες μπορεί να αποδοθεί εν μέρει στην ετερογένεια των μούρων και στη στρατηγική δειγματοληψίας.

Αρκετές μοριακές μελέτες προσπάθησαν να αντιμετωπίσουν το περίπλοκο ζήτημα της ωρίμανσης των σταφυλιών σε μία μόνο κλίμακα μούρων (Gouthu et al., 2014; Rienth et al., 2014b, 2016; Shahood et al., 2015, 2020; Carbonell-Bejerano et al., 2016, Rösti et al., 2018). Για παράδειγμα, οι Carbonell-Bejerano et al. (2016) πραγματοποίησαν ταξινόμηση πυκνότητας μούρων με επίπλευση μούρων σε διαλύματα NaCl και αξιολόγησαν το μεταγραφικό στοιχείο διαφορετικών ομάδων ωρίμανσης μούρων και έδειξε ότι τα προφίλ γονιδιακής έκφρασης σχετίζονται σαφώς με την πρόοδο ωρίμανσης διαφορετικών ομάδων διαλογής μούρων. Αντίθετα, όταν η ίδια σειρά πυκνότητας έγινε δειγματοληψία σε δύο διαφορετικές ημερομηνίες από τον ίδιο αμπελώνα Tempranillo, εντοπίστηκαν σημαντικές διαφορές, οι οποίες έδειξαν ότι οι περιβαλλοντικές διαφορές μεταξύ των δύο ροπών δειγματοληψίας καθόρισαν τις περισσότερες από αυτές τις διαφορές έκφρασης.

Προηγούμενες μελέτες θερμικού στρες που χρησιμοποιούν RNA από μεμονωμένα μούρα ταξινομημένα σύμφωνα με τα βιοχημικά χαρακτηριστικά τους οδήγησαν στην ανακάλυψη μεταγραφών που σχετίζονται με τη βιοσύνθεση της ανθοκυανίνης (Rienth et al., 2014b) που δεν έχουν ανιχνευθεί σε άλλες μελέτες. Σε αρκετές μελέτες (Carbonell-Bejerano et al., 2013; Lecourieux et al., 2017; Pastore et al., 2017), η συγκέντρωση της ανθοκυανίνης μειώθηκε σημαντικά από το θερμικό στρες, αλλά το πρότυπο έκφρασης βασικών γονιδίων ρυθμιστών ανθοκυανίνης όπως το VviMybA1 και Το VviAOMT δεν έδειξε ταυτόχρονες καταστολές σε αντίθεση με τη μελέτη θερμικού στρες των Rienth et al. (2014a,b), όπου οι παρτίδες μούρων κατασκευάστηκαν σύμφωνα με τα βιοχημικά χαρακτηριστικά των μούρων. Παρόμοιες αποκλίσεις στα δεδομένα γονιδιακής έκφρασης παρατηρήθηκαν σε μοριακές μελέτες που διεξήχθησαν σε μούρα μολυσμένων με ιούς αμπέλια και τονίζουν το πρόβλημα ετερογένειας, όπου τα αποτελέσματα της γονιδιακής έκφρασης άλλαζαν εάν τα μούρα δειγματίστηκαν την ίδια ημερολογιακή ημέρα χωρίς ταξινόμηση (Vega et al., 2011) ή εάν Τα μεμονωμένα μούρα ομαδοποιήθηκαν σύμφωνα με το «εσωτερικό ρολόι ωρίμανσης» τους (Ghaffari et al., 2020). Η “υψηλότερη ακρίβεια” κατά τη γνώμη μας επιτυγχάνεται με ανάλυση μεμονωμένων μούρων ζάχαρης και οξέων και μια επακόλουθη ομαδοποίηση μούρων σύμφωνα με αυτές σε παραμέτρους. Προφανώς, τέτοιες στρατηγικές δειγματοληψίας είναι εντάσεως εργασίας και κυρίως χρονοβόρες. Ένας καλός συμβιβασμός θα μπορούσε να είναι η διαλογή μούρων κατά πυκνότητα, η οποία, ωστόσο, θα απαιτήσει κάποιο χρόνο για τη διαλογή προτού καταψυχθούν τα μούρα σε υγρό άζωτο, κατά τη διάρκεια του οποίου το μεταγράφημα του αποκομμένου μούρου μπορεί να εξελιχθεί οδηγώντας σε προκαταλήψεις. Μια εναλλακτική, λιγότερο χρονοβόρα, προσέγγιση δειγματοληψίας είναι η μέτρηση της συγκέντρωσης σακχάρου σε κάθε μούρο πριν από την κατάψυξη με Ν, όπως υιοθετήθηκε σε μια πρόσφατη μελέτη από τους Cramer et al. (2020). Οι ερευνητές πρέπει να σταθμίσουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των διαφορετικών στρατηγικών δειγματοληψίας για κάθε πείραμα και κατά την ερμηνεία των αποτελεσμάτων τους.

Ένα άλλο πιθανό ζήτημα σχετίζεται με το πώς εκφράζονται τα επίπεδα των ενώσεων. Αυτό μπορεί να εμποδίσει τους ερευνητές να βγάλουν σαφή φυσιολογικά συμπεράσματα. Συνήθως, τα επίπεδα μεταβολίτη (σάκχαρα, οξέα, φαινολικές ενώσεις, κ.λπ.) στο μούρο του σταφυλιού εκφράζονται ως συγκέντρωση, δηλαδή ποσότητα ανά όγκο (L) ή βάρος (g), επειδή η συγκέντρωση μεταβολίτη στο κρασί σχετίζεται στενότερα με τη συγκέντρωση μεταβολίτη στο μούρο παρά στη συνολική ποσότητα μεταβολίτη στο μούρο. Η συγκέντρωση του μεταβολίτη εξαρτάται από την ποσότητα που συσσωρεύεται στα κύτταρα και τον όγκο του μούρου που αλλάζει δραματικά κατά την ανάπτυξη ή/και λόγω αποκρίσεων σε αβιοτικές καταπονήσεις (π.χ. περιορισμένη διαθεσιμότητα νερού που μειώνει το μέγεθος του μούρου). Επομένως, Η έκφραση μεταβολιτών ως συγκεντρώσεων μπορεί να οδηγήσει σε παρερμηνείες των επιδράσεων συγκεκριμένων θεραπειών ή στρες στις μεταβολικές αποκρίσεις του μούρου (Famiani et al., 2015; Moscatello et al., 2019). Έτσι, η έκφραση τόσο της συγκέντρωσης όσο και της ποσότητας ανά μούρο ενός δεδομένου μεταβολίτη επιτρέπει την καλύτερη αναγνώριση των άμεσων και έμμεσων επιδράσεων των θεραπειών/παραγόντων σε τέτοιο μεταβολίτη.

συμπέρασμα

Ένα μεταβαλλόμενο κλίμα απαιτεί βαθιά γνώση του τρόπου με τον οποίο αβιοτικοί παράγοντες ρυθμίζουν διαφορετικές ενώσεις που καθορίζουν την ποιότητα του μούρου του σταφυλιού προκειμένου να εφαρμοστούν κατάλληλες στρατηγικές αμπελοκαλλιέργειας (van Leeuwen and Destrac-Irvine, 2017; Rienth et al., 2020), επιλεγμένες ποικιλίες, κλώνους (Wolkovich et al., 2018) και υποκείμενα (Ollat et al., 2016) και για τον εντοπισμό χαρακτηριστικών, γονιδίων ή QTL για την αναπαραγωγή νέων ποικιλιών καλύτερα προσαρμοσμένων στις μελλοντικές συνθήκες (Duchêne, 2016).

Η φυσιολογική και μοριακή γνώση των μηχανισμών που εμπλέκονται στη βιοσύνθεση και την αποδόμηση των δευτερογενών μεταβολιτών στο μούρο του σταφυλιού έχει αυξηθεί σημαντικά τις τελευταίες δύο δεκαετίες και εξελίσσεται συνεχώς λόγω της ανάπτυξης και βελτίωσης των όμικων εργαλείων. Ωστόσο, ο αντίκτυπος των περιβαλλοντικών παραγόντων, ιδίως του φωτός και της θερμοκρασίας, είναι συχνά διφορούμενος (van Leeuwen et al., 2020). Αυτό μπορεί εν μέρει να αποδοθεί στη δυσκολία διαχωρισμού των επιδράσεων φωτός και θερμοκρασίας και στην αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο. Ένα περαιτέρω συχνά παραμελημένο σημείο συμφόρησης στις φυσιολογικές μελέτες σχετικά με τις αποκρίσεις των μούρων σταφυλιού σε κλίμα και αβιοτικούς παράγοντες είναι η επίδραση της ετερογένειας και η προαναφερθείσα στρατηγική δειγματοληψίας μούρων, η οποία μπορεί να βλάψει την ικανότητά μας να αναλύουμε πολύπλοκα μεταβολικά συμβάντα.

Αντιμετωπίζοντας την υπερθέρμανση του πλανήτη, οι αμπελουργικές πρακτικές, όπως η αραίωση δέσμης και βλαστών ή η αφαίρεση φύλλων, που ιστορικά θεωρούνται ως βελτίωση της ποιότητας, πρέπει να επανεξεταστούν και να προσαρμοστούν στις μεταβαλλόμενες συνθήκες (van Leeuwen and Destrac-Irvine, 2017· Torres et al., 2020a,b) . Επιπλέον, τα δεδομένα πεδίου σχετικά με τον αντίκτυπο της αυξημένης ατμοσφαιρικής συγκέντρωσης CO2 στον μεταβολισμό των μούρων είναι σπάνια και πρέπει να διερευνηθούν περαιτέρω, ιδίως σε συνδυασμό με διαφορετικές αβιοτικές καταπονήσεις, όπως η αυξημένη θερμοκρασία και η ξηρασία. Αν και είναι δύσκολο να διεξαχθεί σε συνθήκες αγρού και μέχρι στιγμής έχει πραγματοποιηθεί μόνο σε καρποφόρα μοσχεύματα (Salazar-Parra et al., 2012; Kizildeniz et al., 2015; Martinez-Luscher et al., 2015; Arrizabalaga-Arriazu et al., 2020a β) τέτοια πειράματα πολλαπλών στρες θα βελτιώσουν την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η κλιματική αλλαγή θα επηρεάσει τη φυσιολογία της αμπέλου και των μούρων,

Δήλωση διαθεσιμότητας δεδομένων

Οι πρωτότυπες συνεισφορές που παρουσιάζονται στη μελέτη περιλαμβάνονται στο άρθρο/συμπληρωματικό υλικό, περαιτέρω έρευνες μπορούν να απευθύνονται στον/τους αντίστοιχο/τους συγγραφέα/ους.

Συνεισφορές Συγγραφέων

Οι MR και SDC επινόησαν το κύριο σώμα και τη δομή και το περιεχόμενο του χειρογράφου. Οι PD, CS, CBu, CBo, NV, RW και FF παρείχαν πολύτιμες ιδέες και πυροδότησαν γόνιμες συζητήσεις μέσω χρήσιμων σχολίων και παρείχαν διορθώσεις. Όλοι οι άλλοι ενέκριναν την τελική έκδοση του χειρογράφου.

Χρηματοδότηση

Το μεταδιδακτορικό του NV χρηματοδοτήθηκε από το Swiss National Science Foundation (SNF) Project Grant IZCOZ0_189896.

Σύγκρουση συμφερόντων

Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι η έρευνα διεξήχθη απουσία εμπορικών ή οικονομικών σχέσεων που θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως πιθανή σύγκρουση συμφερόντων.

Ο κριτικός ZD δήλωσε προηγούμενη συν-συγγραφή με έναν από τους συγγραφείς PD στον επεξεργαστή χειρισμού.

Μούρο αμπέλου, Κλιματική αλλαγή, αβιοτικό στρες, δευτερογενής μεταβολισμός, φαινολικές ενώσεις, αρωματικές ενώσεις, Vitis vinifera