Miglioramento genetico della vite

Miglioramento genetico
della vite
Stato dell’arte e opportunità per il settore
Riccardo Velasco
Fondazione Edmund Mach – Centro Ricerca e Innovazione
Centri di breeding in Europa:
Germania:
Geilweierhof
Freiburg
Austria:
Klosterneuburg
Weiss (privati)
Ungheria:
Pecs
Italia:
FEM-IASMA
University of Udine
Innovitis (privati)
Francia:
INRA Bordeaux e Colmar
Obiettivo: resistenza a quali patogeni?
OIDIO
(Erysiphe necator)
PERONOSPORA (Plasmopara viticola)
Dornfelder trattato e non trattato
PHYLLOXERA (Daktulosphaira vitifoliae)
Cosa significa resistenza:
• L’immunità non esiste
• Esistono diversi livelli di resistenza
• Ci sarà sempre comunque bisogno
di mantenere i patogeni sotto
controllo
Varietà resistenti registrate nei cataloghi nazionali
Germania: Regent (r);Bronner (b);
Johanniter, Merzling, Solaris, Helios, Prior, Baron,
Monarch, Cabernet Cortis, Cabernet Carol,
Cabernet Carbon
Calandro, Felicia, Reberger, Villaris
Austria: Roesler (r); Rathay (r)
Italia: Regent, Bronner + altre 6, giugno 2014
Combinazione di diversi genotipi
con resistenze di diversa origine
X
VRH3082-1-42
Marcatori per:
Run1: oidio (LG12)
Rpv1: peronospora (LG12)
Regent
Marcatori per:
Ren2: oidio (LG15)
Rpv3: peronospora(LG18)
Effetto additivo della resistenza in presenza di geni diversi
(peronospora)
Rpv1
-
+
+
Rpv3
-
-
+
Distribuzione della resistenza in presenza di geni diversi
(peronospora)
- Rpv1, - Rpv3
100
80
60
44
40
30
22
4
31
40
20
0
0
0
6
6
7
9
0
1
3
5
7
classe di infezione
9
- Rpv1, + Rpv3
100
1
100
100
3
5
classe di infezione
+ Rpv1, + Rpv3
80
% genotipi
70
% gen otipi
80
56
% genotipi
% g en otip i
80
60
20
+ Rpv1, - Rpv3
100
60
60
40
40
26
20
20
4
0
0
7
9
0
1
3
5
classe di infezione
0
0
0
0
5
7
9
0
1
3
classe di in fez ione
Effetto additivo della resistenza in presenza di geni diversi
(oidio)
Run1
-
-
+
Ren2
-
+
+
Distribuzione della resistenza in presenza di geni diversi
(oidio)
- Run1, - Ren2
100
100
33
40
33
17
20
17
% genotipi
60
60
40
20
0
0
1
3
5
7
1
100
80
0
0
3
5
7
9
100
+ Run1, + Ren2
80
% genotipi
% genotipi
0
classe di infezione
- Run1, + Ren2
100
0
0
9
classe di infezione
60
37
40
20
+ Run1, - Ren2
80
80
% genotipi
100
26
19
15
4
0
60
40
20
0
0
0
0
5
7
9
0
1
3
5
7
classe di infezione
9
1
3
classe di infezione
Il miglioramento genetico:
• Un’attività pluriennale
• Impegnativa e costosa
• Come incrementare le probabilità
di successo(?)
castrazione
impollinazione
copertura
Incroci controllati
Crescita di singoli
semi e trapianto
Campi sperimentali
V.v. Malaga seedling X Muscadinia rotundifolia cv G2
(F1) NC 6-15 X V.v. Cabernet Sauvignon
(BC1) GF 8628 X V.v. Grenache noir
(BC2) GF 5-16-79 X V.v. Merlot noir
(BC3) GF 1-11-82 X V.v. Aubun
(BC4) Mtp 3084-2-56 X V.v. Grenache noir
(BC5) Mtp 3176-21-11 X V.v. Cabernet Sauvignon
(BC6) Mtp 3322
Gentilmente fornita da Pal Kozma
Nuove selezioni con il
0,6% del genoma di M. rotundifolia
Esempio di piramidazione di resistenze,
oltre 30 anni di lavoro(!)
Gentilmente fornita da Pal Kozma
Il miglioramento genetico:
• Selezione assistita
• Identificazione di nuovi marcatori
• Piramidazione (concentrazione di
più geni in un solo genotipo «élite»)
MAS, la selezione assistita dai
marcatori introdotta a FEM per:
• Resistenza alla peronospora
• Epoca di maturazione
• Contenuto in terpeni
(aromi)
• Apirenia
Regione cromosomica responsabile della resistenza
Marcatori
molecolari
Regione
identificata sul
cromosoma
Resistenza a
oidio1
Resistenza a
oidio2
Resistenza a
peronospora1
Resistenza a
peronospora2
Dati genetici
Dati fenotipici
(segregazione marcatori)
(segregazione del tratto)
n. di individui
Peso acino
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11
g
QTLs
n. di individui
8
V rZAG79
V VM D27
V MC3B9
m CA T eA TT2
DX S
m CA T eA TT14
m CA GeA TG16
m CA GeA TG15
7
91,2
95,9
96,2
98,6
99,0
106,7
108,8
114,5
6
m CA CeACA 5
m CT GeA AG7
m CA GeA TG5
m CA T eA TT3
m CT GeA AG14
m CA T eA TG11
m CCA eATG 8
m CCA eAA G7
V MC6E10
5
V MC4C6
40,2
49,9
52,0
54,3
55,3
59,1
59,7
60,0
62,4
4
m CT CeAAG 6
30,1
3
23,5
2
m CT CeATG 8
1
13,7
0
200 400 600 800 10001200 1400 1600 1800
ug/kg di acini
l ogL
m CT GeA TG1
0
0,0
Linalolo
140
120
100
80
60
40
20
0
Resistenza (R1)
x
Resistenza (R2)
Selezione fenotipica res. all‘oidio
molecular
markers
Selezione genotipica
R1
R1
R2
R2
R2
R1
R1
R1
R2
R1
R2
R1
R1
R2
R1
R1
R2
R1
R1
R2
R2
R2
(MAS)
R2
R2
R1
R2
R2
R1
R2
R2
R1
R1
R2
R2
R1
R2
R1
R1
R2
R1
R2
Resistance gene to
Rpv1
Plasmopara viticola
Rpv2
Plasmopara viticola
Rpv3
Plasmopara viticola
markers
VMC72 VVIb32
crosses
res. genotype
Syrah
x
28-8-78
28-8-78
Cabernet
Sauvignon
x
8624
8624
UDV-112
Regent
x
Lemberger
Regent
VVIn16
Chardonnay
x
Bianca
Bianca
Regent
M. rotun
M. rotund
UDV-305
VMC/F2
Rpv4
Plasmopara viticola
VMC7h3
VMCNg2e2.1
Regent
x
Lemberger
Rpv5
Plasmopara viticola
VVIo52b
Cabernet
Sauvignon
x
Gloire
Montpellier
de Gloire de Montpellier V.
riparia
Rpv6
Plasmopara viticola
VMC8G9
Cabernet
Sauvignon
x
Gloire
Montpellier
de Gloire de Montpellier
riparia
Rpv7
Plasmopara viticola
UDV-097
Chardonnay
x
Bianca
Bianca
Rpv8
Plasmopara viticola
VMC1G3.2
Moscato Bianco
x
V. riparia
Wr63
Rpv9
Plasmopara viticola
CCoAOMT
Moscato Bianco
x
V. riparia
Wr63
Rpv10
Plasmopara viticola
V. riparia
V. riparia
V.amurensis
V.
Resistance gene to
Ren1
markers
UDV-020
Erysiphe necator
crosses
res. genotype
Nimrang
x
Kishmish vatkana
Kishmish vatkana
VMC9h4-2
VMCNg4e10.1
Ren2
Erysiphe necator
CS25
Horizon
x
Illinois 547-1
Illinois
547-1
Ren3
Erysiphe necator
UDV-015b
Regent
x
Lemberger
Regent
VRH3082-1-42
x
Cabernet
Sauvignon
VRH3082-1-42
rotundifolia
Regent
x
Lemberger
Regent
VViv67
Ren4
Run1
VMC1g3.2
Erysiphe necator
VMC4f3.1
5-gt
anthocyanin
diglucosides
3,5-
Gf09_01
M.
Numerosi i marcatori correlati alla resistenza,
fonti di resistenza a:
Run1,
Rpv1
= resistance to oidium and peronospora inVitis muscadinia
Ren1
= resistance to oidium in „Kishmish vatkana“
Ren2
= resistance to oidium in „Regent“
Rpv3
= resistance to peronospora in „Regent“
Rpv_X
= resistance to peronospora in „Solaris“ (Vitis amurensis)
Jasm in
Rpv10
Rpv7 Rpv10
Rpv3
Rpv7 Rpv10
Rpv3
Rpv7 Rpv10
Rpv3
Rpv7 Rpv10
Rpv3
Rpv7
Rpv10
Rpv3
Rpv7 Rpv10
Rpv3
Rpv7 Rpv10
Rpv3
Rpv7
Rpv3
Run1
Rpv1
3,125%
Ren1
Run1
Rpv1
1,56 %
6,25%
Run1
Rpv1
Ren1
12,5%
6,25%
Kishmish
Vatkana
Run1
Rpv1
3,125%
BC4
Rpv4
Ren3
Rpv3
Rpv4 Ren3
Ren3
Rpv3
Rpv4
Rpv3
Rpv4
Ren3
Rpv3
Rpv4
Ren3
Rpv3
Ren3
Rpv4
Rpv3
Ren3
Rpv4
Rpv3
Ren3
Rpv4
Rpv3
Regent
Genotype x
Genotype y
Rpv_x
F1
Run1
Rpv1
Ren1
Rpv3
Rpv_x
Ren1
Ren2
2011
F1
Genotype z
Rpv_x
Ren1
Genotype k
Rpv3 Rpv_x
Run1
Rpv1
Ren1
Ren2
2015
Ren1
F1
F1
Rpv3 Rpv_x
Run1
Rpv1
Ren1
Ren2
Rpv3
Run1
Rpv1
Ren1
Ren2
2019
Rpv3
Rpv_x res. pe ronospora
Run1
Rpv1
Schema di piramidazione
Rpv3 Rpv_x
Run1
Rpv1
Ren1
Ren2
Ren1 Ren2
res. pe ronospora
& oidium
res. oidium
2023
Situazione alla Fondazione E.Mach
•Semi: nel 2011/14 sono stati effettuati 73 incroci che hanno
dato origine a cira 86.000 semi in fase di germinazione
•Semenzali in tunnel: circa 2.500
Percentuale di danno
Numero di piante
0 peronospora e
0 oidio
260
10% peronospora e
0 oidio
468
15% peronospora e
0-1 oidio
953
Resistenze a peronospora e oidio
Genotipi con diversi gradi di resistenza
Piantine sottoposte a screening (2009-11)
Piantine sottoposte a screening (2011-13)
Grappoli per piramidazione (2014)
Grappoli nuove resistenze (2014)
Grappoli per incroci per nuovi caratteri (2014)
Grappoli per uve da tavola (2014)
200
14.000
18.000
98
223
59
46
Regioni cromosomiche più significative per resistenze
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Rpv 5
Rpv 4
Ru n1
Rpv 1
Rpv 7
Re n2
17,2
Re n1
18,8 19,3
23,0
18,1
23,9
21,5 21,0 22,3
23,0
25,0
19,8
XiR 1
Rpv 6
20,3
Rdv 1
22,1
22,7
24,4
Rpv 3
24,0
PdR 1
Resistenza a fillossera
Resistenza a oidio
Resistenza a peronospora
Resistenza alla malattia di Pierce
Resistenza ai nematodi
29,4
30,3
Tratti di resistenza in vite combinati con tratti qualitativi
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
ufgt
sex
Rpv 5
Rpv 4
5-GT
Ru n1
Rpv 1
Rpv 7
Re n2
mybA
Ver
17,2
Re n1
18,8 19,3
23,0
18,1
21,5 21,0 22,3
23,0
23,9
19,8
XiR 1
Rpv 6
20,3
Rdv 1
22,1
22,7
24,4
25,0
PdR 1
Resistenza a fillossera
Resistenza a oidio
Resistenza a peronospora
qualità: Monoterpeni
30,3
qualità: colore della bacca
Resistenza alla malattia di Pierce
Evoluzione : invaiatura
Resistenza ai nematodi
apirenia
Rpv 3
Be siz e
sdI
29,4
24,0
Il miglioramento genetico:
• Nuove tecnologie abilitanti
• Screening rapido per nuove
resistenze
• Strade alternative alla MAS
Bassa patogenicità
Tecnica di
screening
rapido
Alta suscettibilità
Pedigree based
analysis PBA
-migliore
combinazione
allelica
-Breeding value
-Diverse origini di
resistenza
-Incremento
dell’efficienza di
breeding
Identification of
the chromosomal
interval which
associate with the
Vitis species
M-F_Solari
MusOtt
MalCan
Mer zli
F_ Solar i
F3 P51
C abSau
Sola ri
F_Musc ar
CabCor
Musca r
Nella seconda metà del 1800 compaiono nel Trentino nuove e
gravi malattie della Vite: fillossera, peronospora e oidio.
L’attacco di oidio fu particolarmente grave, tanto che nel 1859
minacciava la sopravvivenza della coltura. Un giardiniere
francese già nel 1852 aveva osservato che trattando le foglie
con zolfo si controllava la diffusione dell’oidio. Una soluzione
empirica ma efficace: nasceva così la fitoiatria. Ludwig Von
Comini si prodigò per introdurre in Trentino la sulfurazione,
superando, in questo, l’opposizione contadina.
Büschges, R., Hollricher, K., Panstruga, R., Simons, G.,
Wolter, M., Frijters, A., van Daelen, R., van der Lee, T.,
Diergaarde, P., Gronendijk, J., Töpsch, S., Vos, P., Salamini,
F., Schulze-Lefert, P. (1997)
The barley Mlo gene: a novel control element of plant
pathogen resistance. Cell 88: 695-705
Orzo Mlo vs. mlo
Mlo gene family in grapevine – distribution along the 19 chromosomes
1
2
3
4
5
6
7
8
mlo13
mlo12
mlo14
9
10 11 12 13 14 15 16
1
7
18 19
mlo8
mlo3
mlo7
mlo6
mlo2
mlo1
Ren3
Run1
mlo11
mlo10
Brachetto
mlo9
mlo17
mlo16
Ren1
mlo4
mlo15
Ren2
Brachetto-mlo13 mutato
Un sentito grazie per l’attenzione e il dovuto
riconoscimento a:
Marco Stefanini
Silvia Vezzulli, Elisa Peressotti, Chiara
Ivana Battocletti, Silvano Clementi, Monica Dolzani, Susanna Micheli, Silvia Lorenzi,
Dallaserra, Cinzia Dorigatti, Tiziano Tomasi, Francesco Emanuelli, Juri Battilana, Laura
Alessandra Zatelli, Luca Zulini, Antonella Costantini, Valentina Catalano, Maddalena
Vecchione, Andrea Campestrin,
Sordo, M. Stella Grando
Giulia Betta, Cristian Chiettini