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Risposte biochimiche e fisiologiche allo stress idrico in vite (Vitis vinifera L.)

Informazioni tesi

  Autore: Emilio Gasparini
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2012-13
  Università: Università degli Studi di Milano
  Facoltà: Agraria
  Corso: Scienze e tecnologie agrarie, agroalimentari e forestali
  Relatore: Luca Espen
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 48

Benché la vite sia una pianta che mostra un buon grado di resistenza alla siccità, questo effetto potrebbe ripercuotersi negativamente sulla produttività e sull'estensione degli areali idonei alla viticoltura.
Tutta la viticoltura presente nell’area Mediterranea utilizza pochi portainnesti che non sono stati selezionati per rispondere a condizioni di stress idrico; in questo contesto, la selezione di nuovi portainnesti appare prioritaria. Una maggiore comprensione delle conoscenze delle risposte biochimiche e fisiologiche evocate dalla carenza idrica in vite è presupposto essenziale per l’individuazione di markers di selezione.

L'obiettivo di questo lavoro è stato inizialmente quello di creare un protocollo sperimentale in condizioni controllate per lo studio dello stress idrico e successivamente quello di valutare in foglie e radici alcune risposte a livello biochimico e fisiologico. Dopo un’iniziale valutazione dello stato idrico della pianta e delle performances fotosintetiche, la ricerca ha focalizzato l’attenzione sulle risposte a livello radicale. Le recente letteratura evidenzia infatti il ruolo centrale di quest’organo, ma ulteriori studi sono necessari per chiarire i diversi aspetti molecolari coinvolti nella risposta allo stress idrico. Lo studio è stato condotto sul portainnesto commerciale 101-14, noto per la sua suscettibilità allo stress idrico.
Lo schema sperimentale, della durata totale di 10 giorni, ha previsto due condizioni: il controllo, in cui le piante erano allevate in un suolo in cui il contenuto idrico era all’80% della capacità di campo e il trattamento, in cui la disponibilità idrica era progressivamente ridotta, fino a raggiungere il 30% della capacità di campo.

Nella prima fase sono stati valutati gli effetti sul tasso di crescita dei germogli (espansione fogliare e allungamento degli internodi), sull’attività fotosintetica (An, assimilazione della CO2), sulla traspirazione (gs) e sul potenziale idrico fogliare. I risultati ottenuti evidenziavano come la minore disponibilità idrica inducesse un’inibizione sia della crescita sia delle attività foto-traspirazionali.
La ricerca è quindi proseguita valutando in radici e foglie di piante campionate al tempo finale la concentrazione degli osmoliti. I risultati evidenziavano come in entrambi gli organi vi fosse un loro aumento in condizioni di stress idrico, con un incremento del 34% e del 70%, rispettivamente nelle foglie e nelle radici. La valutazione dei livelli di zuccheri totali ed amminoacidi confermava questo risultato.
In condizioni di stress idrico, la concentrazione nelle radici delle proteine totali quando riferite al peso fresco risultava fortemente diminuita, suggerendo che in queste condizioni prevalessero radici più vecchie, notoriamente con un contenuto in proteine molto più basso. Questo risultato era in accordo con una minore crescita radicale.

L’ultima parte del lavoro è stata finalizzata ad una caratterizzazione della proteomica radicale. Valutata l’impossibilità di poter utilizzare tecniche di elettroforesi bidimensionale o analisi diretta in nHPLC-MS/MS, si è proceduto ottimizzando una tecnica innovativa.
Le proteine, dopo essere state estratte dai campioni del controllo e del trattato, venivano separate tramite elettroforesi monodimensionale (SDS-PAGE) in cui, in base alla differente massa molecolare, erano definiti 15 intervalli. Le proteine prelevate dalle bande, dopo la digestione con tripsina, venivano analizzate con nHPLC- Q-TOF e identificate e quantificate con il software "Spectrum Mill MS Proteomics Workbench" utilizzando il database di Vitis vinifera contenente 77503 entries. L’analisi permetteva l'identificazione complessiva di 1340 proteine; dal confronto tra il profilo proteico del trattato con quello del controllo emergeva che circa 35% delle proteine cambiavano la propria abbondanza in risposta allo stress idrico.

Tra le proteine identificate, l’attenzione era focalizzata su un gruppo che risultava particolarmente interessante per il loro possibile ruolo nella risposta allo stress idrico. In particolare, alcune di esse erano enzimi coinvolti nel metabolismo del saccarosio, tipico osmolita accumulato in risposta alla carenza idrica. Alcune proteine risultavano essere enzimi coinvolti nella sintesi di altri carboidrati, quali xilosio e galattosio, o di altri metaboliti, quale le betaine. Altre proteine erano tipici enzimi di risposta allo stress ossidativo o proteine evocate da stress abiotici. Quest’ultimo risultato potrebbe essere legato alla maggiore vulnerabilità del tessuto in queste condizioni, ovvero suggerire un meccanismo d’induzione di questa classe di proteine almeno in parte comune con quello attivo in risposta allo stress oggetto dello studio.

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2 INTRODUZIONE La vite (Vitis vinifera L.) da un punto di vista economico è la coltura arborea da frutto più importante al mondo. Fattori, quali le differenze fisiologiche e genetiche presenti tra le cultivar, la facilità di propagazione per talea ed un'avanzata conoscenza del genoma, rendono questa specie una pianta modello per studi molecolari e fisiologici (Vandeleur et al., 2009; Jaillon et al., 2007). Ad esempio, già dagli anni 70 la vite è stata impiegata come pianta modello in studi riguardanti le risposte allo stress idrico (Lovisolo et al., 2010). La necessità di portainnesti resistenti allo stress idrico L'ampia superficie attualmente coltivata a vite include le regioni aride e semiaride del pianeta, nelle quali i rischi legati alla prolungata esposizione alla carenza idrica sono più frequenti e di notevole impatto sulla produzione (Lovisolo et al., 2010). La crescita e lo sviluppo della vite richiedono temperature minime di 10°C tipiche delle piante macroterme e, con differenze tra le cultivar, viene considerata resistente allo stress idrico; pertanto, specialmente in Europa, la sua coltivazione in alcune zone è tradizionalmente non irrigata e si basa solo sulle irrigazioni di emergenza (Chaves et al., 2010; Lovisolo et al., 2010). La vite, in quanto pianta perenne, è esposta inevitabilmente a periodi stagionali di carenza idrica nel suolo e nell'atmosfera; quando queste situazioni non possono essere tenute sotto controllo, comportano la riduzione della produzione e della qualità dei grappoli; ciò avviene in particolare quando lo stress idrico si manifesta negli stadi compresi tra la chiusura del grappolo e l'invaiatura (Cramer et al., 2007; Chaves et al., 2010; Lovisolo et al., 2010). Ad incrementare il rischio di queste situazioni, si aggiungono molte delle tecniche colturali applicate nella viticoltura; tali tecniche sottopongono le piante a periodi di deficit idrico controllato con lo scopo di limitare lo sviluppo vegetativo della parte epigea ed equilibrarlo a quello delle radici, migliorare l'efficienza d'uso dell'acqua (WUE) e incrementare la qualità della bacca in termini di grado zuccherino, contenuto in polifenoli, flavonoidi e aromi (Lovisolo et al., 2010). Ad aggravare l'insufficienza degli apporti idrici, nei climi in cui la vite è attualmente coltivata, si aggiungono le previsioni sui cambiamenti climatici e sulla disponibilità di risorse idriche per l'agricoltura. Secondo l'ultimo rapporto dell'Intergovernmental Panel

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Parole chiave

stress
biochimica
fisiologia
vite
massa
idrico
spettrometria
vitis vinifera

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