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00:12Salve, sono il professor Claudio Bonghi e sono dell'Università di Padova e da numerosi anni mi
00:19occupo di aspetti legati alla maturazione dei frutti per cui mi è stato chiesto di presentarvi
00:26questa lezione che ha come argomento l'ambiente ed espressione genetica della bacca durante la maturazione.
00:34Gli argomenti che tratteremo in questa lezione li vedete riportati in questa diapositiva,
00:40vi parlerò brevemente di aspetti legati alla maturazione della bacca della vite per
00:46adentrarmi poi subito negli aspetti che sono invece legati a le tematiche più diciamo inerenti alla
00:53lezione che stiamo trattando che sono approcci omici cioè intesi come approcci ad ampia aspetto,
01:00sono studi su larga scala che riguardano aspetti di biologia molecolare e proteomica e metabolomica
01:10per lo studio della fisiologia della pianta con particolare attenzione a quello che riguarda
01:16invece la maturazione dei frutti. Poi mi adentrerò agli aspetti più specifici che sono le analisi
01:23trascrittomiche relativamente alla bacca durante lo sviluppo perché queste ci servono per poi
01:29adentrarci alla fine negli aspetti ambientali che sono in grado di influenzare di fatto i parametri
01:39biochimici associati alla maturazione delle bacche che hanno grande poi impatto su quali sono il prodotto
01:45finale che ricordiamoci nel nostro caso è il vino o se la bacca è destinata ad alimentazione
01:51direttamente per poi tracciare alla fine delle brevi conclusioni su quelle che possono essere
01:56prospettive future legate a questa tipologia di studi. Allora innanzitutto parliamo di maturazione
02:04della bacca della vite. Allora molto semplicemente in maniera didascalica i frutti vengono divisi in due
02:14grandi categorie e la bacca d'uva appartiene alla categoria che viene indicata come frutto non
02:21climaterico. Che cosa intendiamo con questa con questa parola non climaterico? Entendiamo di fatto
02:27che il frutto della della bacca d'uva la bacca d'uva è sostanzialmente non mostra meglio non mostra
02:36un aumento di attività respiratoria e di produzione di un ormone che è legato alla maturazione che è
02:45l'etilene che avviene invece tipicamente nei frutti di natura climaterica che vedete indicati nella
02:52diapositiva con la rappresentazione del frutto diciamo più importante che è il pomodoro dal punto
02:58di vista degli studi. Per cui per queste due diverse caratteristiche i frutti vengono suddivisi
03:04in queste due grandi categorie. Questo molto spesso rende gli studenti molto contenti perché
03:10quando hanno due categorie così dicotomiche per loro è molto più semplice studiare. In realtà le cose
03:17non sono proprio così diverse perché diciamo che frutti climaterici e frutti non climaterici hanno
03:25caratteristiche abbastanza comuni e questo ha portato nell'arco del tempo a formulare delle
03:32ipotesi di un modello di maturazione che fosse unico. Vedremo poi nell'adentrarsi della lezione
03:38questi aspetti in maniera un po più dettagliata. Sta di fatto però che il processo di maturazione
03:45della bacca d'uva è un processo molto lungo può prendere circa due mesi e durante questi due mesi
03:52avvengono dei cambiamenti che sono estremamente importanti che hanno poi dei riflessi importantissimi
04:00per quanto riguarda come dicevamo prima i prodotti che vengono poi utilizzati. In particolare questi
04:06cambiamenti di natura chimico fisica li vedete riportati in questa diapositiva. Innanzitutto
04:11osservate una cosa nel riquadro in alto avete la curva di crescita della bacca d'uva che è una curva
04:20di crescita che viene definita a doppia sigmoide perché avete due fasi di intensa crescita la fase
04:261 e la fase 3 separate invece da una fase in cui avete un rallentamento della crescita. Questo
04:33rallentamento della crescita coincide con uno dei fenomeni diciamo più studiati nell'ambito
04:38della vetticoltura che è la fase di invaiatura cioè del cambiamento di colore della bacca. Abbiamo
04:45un cambiamento che va da un colore verde con una bacca tipicamente immatura che comincia ad assumere
04:50le caratteristiche tipiche della della bacca invece matura cambia il colore che può essere legato a
04:58pigmenti di colore biancato come l'equo antocianidine nelle uve bianche o gli antociani nelle uve rosse.
05:04Accanto a questo sempre in prossimità della dell'invaiatura avete l'aumento del volume della
05:13bacca associato ad un incremento del contenuto zuccherino una caduta del livello degli acidi
05:20molto presenti nella prima fase di crescita e nella fase finale nelle cultiva che presentano
05:26delle sostanze aromatiche importanti per esempio l'olivo moscato avete cominciato ad accumulare gli
05:34aromi quindi vedete che sono processi che sono estremamente complessi molto spesso sono intersecati
05:40uno con l'altro e tutto questo richiede una serie di regolazioni che sono estremamente importanti
05:46che possono provenire sia internamente alla bacca li chiamiamo come fattori endogeni nella maggior
05:53parte dei casi ormoni sia come fattori esogeni cioè legati tipicamente all'ambiente giusto per
05:59darvi due indicazioni relativamente a i fattori endogeni osservate che tra i fitoormoni vegetali
06:08le oxine quello che vedete colorato in verde devono diminuire come quantità prima dell'invaiatura e
06:16quindi vengono reputati come un ormone segnale dell'inizio della maturazione l'etilene qui ce
06:22ne avevamo prima che tipicamente è per i frutti climaterici non il nostro caso specifico della bacca
06:282 vedete che presenta un aumento della quantità in prossimità dell'invaiatura quindi sembra essere
06:33importante per questa fase ma l'ormone che sicuramente gioca un ruolo importante durante
06:39la fase di maturazione è l'acido abscissico che determina dei cambiamenti importanti da un
06:46punto di vista strutturale della bacca e anche in termini compositivi se invece parliamo di fattori
06:54legati all'ambiente quindi vediamo che la nostra maturazione fortemente condizionata vediamo che
07:02cosa vediamo sostanzialmente che abbiamo tutta una serie di fattori quali per esempio l'intensitÃ
07:09luminosa o la tipologia di luce vedete indicato in particolar modo per quanto riguarda gli ultravioletti
07:16la presenza di alto di basse temperature tutti quanti questi parametri ambientali sono in grado
07:24di modulare tutti quei processi che vi ho descritto poc'anzi e quindi di fatto vi potete trovarvi di
07:30fronte a situazioni in cui in determinate condizioni ambientali potete avere una limitazione di questi
07:36processi per cui può capitare ad esempio che non avete una buona pigmentazione della bacca soprattutto
07:43nelle bacche pigmentate di rosso quando per esempio si trovano in condizioni di luce non
07:48adeguata e quindi i raggi uv hanno un'importanza notevole da questo punto di vista per esempio
07:54oppure in presenza di alte temperature come si sta verificando in questi ultimi anni potete avere
07:59delle alterazioni importanti con una caduta molto rapida per esempio degli acidi un innalzamento troppo
08:05precoce degli zuccheri che ha portato cambiamenti significativi anche nella finologia della nostra
08:11della vita e quindi con anticipazioni per esempio dell'epoca di raccolta che si sono verificate per
08:18cui l'obiettivo della lezione è sostanzialmente andare a vedere come possiamo studiare questi
08:24veri informazioni relativamente alle interazioni che esiste tra maturazione e questi fattori ambientali
08:31approcciandoli come diciamo prima con gli approcci di natura omica e che cosa intendiamo per approcci di
08:40natura omica fino a 20 30 anni fa gli approcci che permettevano lo studio dettagliato da un punto
08:48di vista molecolare di ciò che accade durante la maturazione permettevano di analizzare un singolo
08:54gene alla volta tenete conto che quando parliamo di geni il genoma della vite contiene diverse migliaia
09:03di geni per cui potete ben intuire che non era semplice e veloce poter riuscire ad avere un quadro
09:10completo di ciò che accadeva in termini di variazione della espressione genica durante la maturazione
09:16però col progredire delle tecniche attualmente ne abbiamo tutta una serie di potenziali approcci che ci
09:26consentono di avere una visione che viene chiamata olistica cioè complessiva di ciò che sta accadendo
09:32a livello della bacca in termini di maturazione tutto questo è stato possibile in che modo beh
09:38innanzitutto un grande passo in avanti è stato fatto quando è stato possibile avere a disposizione
09:43il genoma della vite questa è stata un'iniziativa italiana francese che ha consentito di andare a
09:49sequenziare completamente il genoma di questa pianta e quindi avere di fatto tutti i geni di esposizione
09:55questo ha permesso di avere un incremento in termini di produttività di informazioni su tutti quanti poi
10:05i prodotti che derivano di fatto dal genoma in primis i prodotti dei geni in termini come trascritti
10:13quindi parliamo di trascrittomica quando noi analizziamo tutti i geni come vengono espressi
10:19durante un processo poi è possibile andare a vedere come queste trascritti nel caso in cui
10:26siano codificanti per proteine vengono codificati in proteine quindi possiamo avere un'idea delle
10:32proteine che sono presenti per finire poi ad avere che cosa vedete un processo che va a analizzare la
10:39metabolomica tutti i metaboliti qui comprendete che la complessità aumenta progressivamente perché
10:46se passiamo da 40 mila geni possiamo avere 60 mila trascritti 30 mila proteine arriviamo ad avere
10:56diverse centinaia migliaia di metaboliti quindi una complessità estremamente enorme tutto questo
11:05determina di fatto quello che noi possiamo poi osservare cioè il fenotipo cioè l'espressione di fatto di
11:13tutti quanti questi geni che è quello che noi possiamo osservare facilmente più recentemente è stato
11:20introdotto anche altri studi di natura olistica che riguardano di fatto le modificazioni legate a la
11:29metilazione degli acidi nucleici e anche alla modificazione delle proteine strutturali del dna
11:38queste non sono modifiche strutturali degli dna quindi non sono mutazioni ma sono modifiche della
11:45trascrizione che avvengono in assenza di una modifica strutturale per cui di fatto sono presenti
11:53normalmente non sono presenti in seguito a mutazioni e anche queste hanno un impatto notevole
11:59su determinare poi fenotipo finale ecco tutte queste queste approcci che vi ho appena adesso
12:07descritto rapidamente vengono chiamati approcci di natura omica tuttavia gli approcci di natura omica
12:16hanno un problema e in particolar modo questo è presente nella nostra bacca d'uva ed è legato alla
12:24difficoltà di campionare dei delle bacche che siano rappresentative e questo avviene per quale
12:30motivo perché noi osserviamo una dinamica molto variabile nella maturazione all'interno del grappolo
12:37per farvi rendere conto di questo vi proietto rapidamente un piccolo un corto video che vi va
12:45proprio a far vedere come cambia osservando la colorazione delle bacca la maturazione in un grappolo
13:20per farvi rendere conto di questo viaggio
13:26come avete visto la colorazione non è simultanea in tutte quante le bacche ma di fatto inizia dalle ali
13:37poi prosegue verso la parte apicale e quindi voi avete che cosa avete una maturazione che assolutamente
13:46scalare all'interno del grappolo per cui se voi dovete prelevare delle bacche per poter fare
13:52delle analisi vedete conto che non è estremamente semplice potreste prendere delle bacche che sono in
13:57situazione per quanto riguarda la maturazione molto diverse questo emerge in maniera molto chiara da uno
14:05studio che è stato fatto dove sostanzialmente noi abbiamo che cosa osservate il grafico alla parte sulla
14:14parte sinistra della diapositiva qui vedete che sono bacche che sono state raccolte a metà dell'invaiatura
14:21ci sono bacche che sono completamente verdi quelle che sono indicate con gh e bacche invece che stanno
14:28già assumendo la colorazione tipica e vedete che sulla base delle loro caratteristiche possono essere
14:34facilmente separate però se procediamo con la maturazione quindi andiamo poi raccogliere andare a vedere che cosa
14:41accade a livello della maturazione osservate che queste bacche che avevano situazioni diverse di
14:47iniziali sono tutte più o meno uguali quindi di fatto questo vi dice che la dinamica di maturazione
14:55può essere estremamente variabile come durata questo ha portato che cosa grazie per lo sviluppo
15:02delle tecniche addirittura pensare di poter cominciare ad analizzare il processo su singola bacca
15:08quindi siamo di fronte a queste situazioni qua proprio per limitare possibili passatemi il termine
15:15tra virgolette abbagli che possono derivare da campionamenti che sono scorretti
15:21ora se voi andate su qualsiasi motore di ricerca con mettete dentro le parole omics
15:29grape berry e ripening che stanno indicare approcci omici bacca di vite e maturazione
15:36negli ultimi vent'anni sono stati pubblicati più di 1450 articoli tranquillizzatevi non è che adesso
15:44li vedremo uno per uno perché il tempo a disposizione non ce lo permette però cercherò di farvi vedere
15:49quali sono stati in questi vent'anni di fatto i risultati più significativi e come questi possono essere applicati
16:00allora questa è una scala temporale che vi fa vedere alcuni articoli che sono stati prodotti in questi vent'anni
16:09partendo dal primo che quello lo vedete nell'anno 2000 dove come dicevo prima si faceva l'analisi per singolo
16:15gene
16:16quindi con un dispendio di tempo estremamente importante ma che è consentito di individuare i primi geni associati direttamente alla
16:23maturazione
16:24per poi arrivare lo vedete con il sequenziamento del genoma ad approcci sempre più su larga scala
16:31passando inizialmente da tecniche che erano abbastanza semplici fino a quelle più diciamo sofisticate
16:41che sono i sequenziamenti completi del trascrittoma e questa disponibilità di questi strumenti ha determinato
16:49un'appletora e un aumento importantissimo di documenti che parlano della maturazione
16:59vediamo allora l'analisi trascrittomica della bacca durante lo sviluppo
17:06primo aspetto importante la transizione dalla fase immatura a quella matura
17:12è accompagnato da un profondo riarrangiamento del trascrittoma
17:16quindi quando noi entriamo nella fase di invagliatura noi passiamo lo vedete sulla vostra sinistra
17:25da tutta una serie di metabolismi che sono tipici di una bacca di colore verde immatura
17:32passiamo invece a una serie di metabolismi che vi ho accennato prima che invece sono legati di fatto alla maturazione
17:40della bacca
17:40primo fra tutto il cambiamento del metabolismo secondario
17:45la risposta a stress di natura biotica perché perché la bacca man mano che matura
17:51diminuisce la sua capacità di rispondere in maniera positiva alla resistenza a stress di natura biotica
17:57e al metabolismo della parete cellulare perché sostanzialmente questa bacca si ramollisce
18:04molta gran parte dei lavori si sono occupati inizialmente l'elissi più piccola
18:10lo vedete dove avete le bacche di sono in colore viola di ciò che accadeva durante la maturazione
18:15per poi allargarsi ed estendersi progressivamente a tutto quanto il ciclo di sviluppo
18:22e questo ha permesso di individuare chiaramente quali sono i geni collegati a questi particolari metabolismi
18:30ma un altro aspetto estremamente importante è il fatto che la variazione del trascrittoma
18:40procede diversamente se consideriamo due comparti tipici della nostra bacca
18:47la buccia e la polpa molto spesso noi siamo tentati di valutare la maturazione della nostra bacca
18:55tenendo conto di ciò che accade a livello della buccia non tenendo conto di ciò che accade a livello della
19:00polpa
19:00tanto è vero che una valutazione corretta dello stato di maturità che noi aggiungiamo
19:05dovremmo fare attraverso una degustazione o analisi sensoriali delle uve
19:09che va a valutare ciò che accade nei vari comparti
19:13ma l'aspetto interessante che potete osservare qui è che alcuni di questi processi sono tipici della buccia
19:21altri invece avvengono tipicamente a livello della bacca
19:25e la progressione della maturazione lo vedete nel grafico colorato con lo sfondo scuro
19:33la freccia bianca indica di fatto che cosa?
19:37che la maggiore variabilità voi l'osservate passando dalla bacca immatura alla bacca matura
19:42a livello sia della polpa che della buccia
19:46e una minore variabilità ce l'avete tra buccia e polpa
19:52però l'aspetto interessante è che queste variazioni avvengono con velocità differenti
19:58e molto spesso ciò che accade a livello della polpa può determinare che cosa?
20:03che se la polpa si trova in ritardo rispetto a ciò che sta accadendo a livello della buccia
20:08cerchi di accelerare il suo processo di maturazione
20:12non per dare una visione antropomorfa di ciò che accade a livello della nostra bacca
20:18però di fatto i due comparti sono tra dirlo strettamente associati
20:23e il grafico alla vostra a destra vi da proprio un'indicazione di questo tipo
20:30facendovi vedere che alcuni di questi processi sono presenti tipicamente nella buccia
20:37indicata con la parola inglese skin S
20:39o tipicamente presenti a livello della polpa
20:45in questo caso indicato con la lettera F
20:47e dove vedete i colori rosso e giallo sta proprio a indicare una specificità per questi processi
20:54che sono legati a questi due comparti
20:57ma oltre a questo dove vedete la gradazione di colore che va dal nero al grigio
21:03indica fasi diverse dello sviluppo
21:06dove vedete indicato V1 e V2 siamo di fronte all'invaiatura
21:10R1 e R2 sono due fasi di maturità della bacca
21:15e vedete che i processi sono distribuiti
21:19non sono di fatto specifici in maniera di un comparto rispetto ad un altro
21:27bene ci sono aspetti che sono legati alla specificitÃ
21:30e anche alla fase o ci sono altri processi invece che mostrano una presenza
21:36in tutto quanto il ciclo di sviluppo ed è entrambi i comparti
21:40quindi quando noi ragioniamo su ciò che accade a livello di maturazione
21:44dobbiamo tener conto di questa diversità che abbiamo tra i due comparti del frutto
21:53se analizziamo la maturazione in bacche di colore rosso e di colore bianco
21:59la cosa che osserviamo è che nella prima fase, quella iniziale della fase diciamo
22:05in cui la bacca è di colore verde quindi durante la fase erbacea
22:08non c'è una grossissima differenza di ciò che accade a livello di variazione del trascrittoma nella bacca
22:18questo è riportato nella parte sinistra del grafico dove vedete che
22:22i diversi pallini colorati indicano di fatto quelli più scuri
22:27le varietà rosse e quelle più chiari le varietà bianche
22:31sono mischiati e quindi di fatto non sono distinguibili
22:34però se vi spostate sulla parte destra del grafico
22:37osservate che nettamente sono divise i pallini di colore più scuro da quelli di colore più chiaro
22:43quindi vuol dire che la variazione maggiore in termini di trascrittoma
22:46quando parliamo di bacche pigmentate bianche e pigmentate rosse
22:50avviene durante la fase di maturazione
22:55l'insieme di tutti quanti questi studi ha portato sostanzialmente a che cosa?
23:00ha portato alla individuazione di una serie di geni che sono stati denominati switch genes
23:10cioè geni di accensione che sono in grado sostanzialmente di far scattare il meccanismo che porta dalla maturazione
23:20l'inizio della maturazione quindi dalla fase erbacea tipicamente alla fase di maturazione
23:26per cui di fatto questi geni sono in grado di accendere il progetto di maturazione da parte della bacca
23:35e un'analisi più dettagliata di questi geni ha messo in evidenza che questi sono in gran parte che cosa?
23:44vengono chiamati fattori di trascrizione
23:47cioè sono dei geni che controllano la trascrizione di altri
23:55e quindi di fatto sono quello che noi possiamo considerare complessivamente
24:02il meccanismo regolativo che ha a disposizione la bacca per poter attivare un gene o no
24:11e quindi di fatto far procedere il nostro programma di maturazione
24:18molti di questi sono specifici lo vedete in questo caso qua per esempio
24:21quelli colorati in verde nella parte centrale della diapositiva
24:24controllano di fatto la dimensione e la forma della bacca
24:31altri invece sono legati all'accumulo di specifici metaboliti
24:36per cui avete questa importante specificitÃ
24:40che vi consente di accendere geni specifici ma anche in fasi specifiche
24:45e lo vedremo poi anche in presenza di stimoli tra quali quelli ambientali
24:54bene questo ci permette dopo questa introduzione che abbiamo fatto
24:59dove abbiamo parlato e abbiamo visto come avviene la maturazione
25:02come può essere regolata andiamo ad adentrarci a questo punto
25:06in come negli aspetti che sono legati invece all'impatto dei fattori ambientali
25:12sui parametri biochimici legati alla maturazione
25:17e come questi vengono evidenziati attraverso gli approcci di natura omica
25:22innanzitutto il primo aspetto che è bene ricordare
25:27è che la vita presenta una importante plasticità fenotipica
25:32cioè lo stesso identico genotipo messo in ambienti diversi
25:39può presentare fenotipi diversi
25:42sulla parte a destra della vostra diapositiva vedete qui
25:47sono grappoli di due cultiva
25:50Cabernet Sauvignon e Alianico
25:52coltivati in tre diversi siti
25:55Molise, Campania e Sicilia
25:58e vi fa vedere sostanzialmente che
26:01il Cabernet Sauvignon risulta molto più stabile da un punto di vista fenotipico
26:06questo anche da motivo del fatto perché il Cabernet Sauvignon
26:09è un vitigno di natura internazionale può essere coltivato
26:12e ha le stesse identiche prestazioni in diverse parti del mondo
26:15mentre l'alianico cambia significativamente
26:19passando dal Molise alla Campania alla Sicilia
26:22nella Sicilia vedete che avevano le bacche di dimensioni molto minori
26:26questa plasticità quindi è di fatto una interazione che ha l'ambiente con il nostro genotipo
26:33e si manifesta attraverso la regolazione dell'espressione genica
26:37e possiamo avere
26:40e qua vi porto sulla parte centrale della diapositiva
26:43dove vedete che avete assenza di plasticitÃ
26:46plasticità o una elevata plasticitÃ
26:49va bene
26:51possiamo abbinare di fatto che cosa
26:54che il Cabernet Sauvignon si trova in una stazione in cui non c'è plasticitÃ
26:58invece il nostro alianico si trova nella terza situazione
27:02dove avete una elevata variabilità di plasticità fenotipica
27:07legata a una forte interazione tra il genotipo ed ambiente
27:13questi studi sono stati fatti principalmente dai colleghi dell'Università di Verona
27:19i quali per esempio lo vedete nell'arco di una esperimentazione che è stata condotta per tre anni
27:272006 2007 2008
27:30hanno individuato tre stadi di sviluppo
27:33invaiatura, finivaiatura e raccolta
27:36per un'unica cultivar che è l'uva corvina
27:40allevata però in 11 localitÃ
27:43qua siamo nella provincia di Verona
27:45le 11 località lo vedete il rettangolo quello celestino molto vicino al lago di Garda
27:52poi abbiamo una zona che è diciamo della Pede Montana
27:58siamo nella Valpolicella
27:59per arrivare invece per una zona tipicamente di pianura che è soave
28:03quindi tre ambienti che sono completamente differenti
28:05bene
28:08analizzando ciò che accade in questi tre ambienti
28:10qui vedete i simboli che le scritte che vedete qui sotto
28:14sono relative le prime due lettere alla localitÃ
28:18i primi due numeri sono relativi all'anno
28:2106, 07, 08
28:23e il numero 1 indica ciò che accade al momento dell'invaiatura
28:28cioè il primo campionamento
28:29quando voi andate a analizzare la variabilità tra questi campioni
28:33e cercate di mettere insieme quelli che sono vicini
28:36vedete che questi si raggruppano sulla base dell'annata
28:39per cui l'effetto annata sembra molto più importante in realtÃ
28:44dell'affetto ambiente
28:46se andiamo ad estendere la nostra analisi sui tre anni
28:51e per tutte quante le localitÃ
28:53vedete che avete un raggruppamento dei campioni in relazione allo stadio di sviluppo
29:00da questa prima analisi sembrerebbe quindi che ci sia un modesto impatto dell'ambiente
29:06su quello che riguarda la plasticità fenotipica
29:10sebbene dobbiamo considerare la presenza di diverse annate
29:17tanto è vero che se noi riferiamo il tutto ad un'unica annata
29:21vi porto sulla parte destra della vostra diapositiva
29:24possiamo osservare che il 5% dei geni che non è una quantità modesta
29:30sono geni estremamente numerosi
29:34è differentemente modulato dalle diverse condizioni ambientali
29:37ma questo lo possiamo vedere in maniera molto chiara
29:40quando ci limitiamo ad analizzare una unica annata
29:44questo vuol dire che l'effetto dei diversi ambienti
29:47quando noi siamo di fronte ad annate differenti
29:49può essere in qualche misura mascherato
29:53ora
29:57che cosa accade
29:58e l'abbiamo già visto precedentemente con l'Alianico e Cabernet Sauvignon
30:02se possiamo portare avanti una indagine di questo tipo
30:07ma considerando due cultivar
30:10qui vedete che abbiamo due genotipi Cabernet Sauvignon e Sangiovese
30:15quattro stagli di sviluppo che li vedete riportati di sotto
30:18bacca della dimensione di un pisello
30:20stadio di pre-invaiatura
30:23metà invaiatura e completamente maturo
30:27condotto per due anni in tre aree adiacenti
30:30sempre nell'area di Verona
30:33questo risultato ha confermato di fatto
30:36quello che vi ho fatto vedere in precedenza
30:39che esiste una plasticità diversa in relazione alla cultivar
30:43in realtà Sangiovese è il risultato più responsivo alle condizioni ambientali
30:52di quanto fa il Cabernet Sauvignon
30:54quindi confermando anche da un punto di vista molecolare
30:57quell'osservazione che noi abbiamo fatto
30:59analizzando solo da un punto di vista fenotipico i nostri campioni
31:06tuttavia la relazione genotipo ambiente
31:10ha aperto un importante aspetto della valutazione di ciò che accade
31:15in termini di variazione del trascrittoma
31:17ed è la regolazione di natura epigenetica
31:20vi dicevo prima che queste variazioni non sono variazioni strutturali
31:24quindi non sono delle mutazioni
31:25ma sono legate a che cosa?
31:27al fatto che sulla parte del promotore del gene
31:31cioè quella che regola di fatto l'espressione del nostro gene
31:34possono aversi delle metilazioni che possono spegnere l'espressione del gene
31:41quando vengono rimosse queste metilazioni
31:44l'espressione viene accesa
31:46è il livello di metilazione fortemente dipendente dalla localitÃ
31:53questo è un lavoro che stanno conducendo dei colleghi argentini
31:58siamo sulle ande
32:00lo vedete situazioni diverse
32:02e hanno analizzato ciò che accade ad una vite allevata in due territori
32:10che presentano differenti fenotipi
32:13e che hanno livelli di metilazione assolutamente diversi
32:17per cui il livello di metilazione è in grado di modulare la plasticità fenotipica
32:28addentrandoci più in maniera specifica sugli aspetti legati invece ai fattori ambientali
32:35andiamo ad analizzare alcuni di quelli che sono riportati in questo dispositivo
32:39che ho fatto vedere precedentemente
32:41che sono in grado di impattare in maniera significativa la trascrizione e anche quindi la composizione
32:49e l'andamento e la maturazione della bacca
32:54allora parliamo delle alte temperature
32:57quando parliamo di alte temperature abbiamo di una fenotipizzazione estremamente variabile
33:04di ciò che può accadere perché noi passiamo da un appassimento delle bacche estremamente importante
33:12fino a delle lievi scottature sulla bacca
33:15tutti questi sono effetti delle alte temperature
33:17ma quello che vi voglio far vedere è dove noi abbiamo dei sintomi che sono di appassimento estremamente importante
33:28a livello delle racchide che poi si spinge anche a livello delle bacche
33:32l'osservate molto chiaramente nella parte della diapositiva alla vostra destra
33:38dove vedete il racchide che è completamente cambiato di colore
33:42lo vedete che è di quel colore marroncino
33:44con tutte quante le bacche che osservate sono deformate
33:48legate proprio alla perdita importante di acqua
33:58l'effetto può essere variabile perché vedete di nuovo che Cabernet Sauvignon rispetto al Blower Z Held
34:05è nettamente differente in termini di impatto di questo fenomeno
34:15però possiamo osservare dei comportamenti che ci permettono di trarre delle conclusioni più generali
34:22primo aspetto allora innanzitutto le alterazioni di peso e contenuto di carboidrati fondamentalmente
34:32i solidi solubili sono i nostri carboidrati non sono visibili fino all'invaiatura
34:36questo lo osservate lo vedete nei grafici posti in basso nella diapositiva
34:42dove vedete il peso della bacca nel primo grafico
34:47il contenuto in solidi solubili cioè di zuccheri nel secondo
34:51la linea continua nera e il controllo
34:54le linee tratteggiate invece sono le bacche che sono state soggette al colpo di caldo
34:58quindi alle alte temperature
35:00vedete che nella parte bianca che rappresenta di fatto la crescita della bacca fino all'invaiatura
35:07non osserviamo variazioni significative
35:10invece vedete che a seguito della comparsa del danno voi osservate una diminuzione del peso della bacca
35:19molto importante e una diminuzione del contenuto di solidi solubili
35:22per cui diventa difficile se la bacca ha ricevuto il danno inizialmente riuscire a stabilire
35:29se questa avrà delle ripercussioni nel momento in cui il danno comincia a comparire
35:35poi procede e porta a questi differenziamenti estremamente importanti
35:42questo è stato confermato anche da analisi di natura molecolare quelle che abbiamo visto poc'anzi
35:48e la cosa interessante è proprio questa
35:52che al momento dell'invaiatura quando non sono ancora visibili i sintomi sull'acino dell'effetto delle alte temperature
36:01abbiamo quel sotto insieme di geni che abbiamo chiamato prima switch
36:06cioè quelli che accendono il processo di maturazione
36:08che risultano espressi in misura notevolmente inferiori negli acini che poi andranno incontro ai fenomeni e danni da scottatura
36:21quindi attraverso questi geni noi siamo in grado anche di poter avere un'indicazione dell'evoluzione del danno
36:30anche quando ancora i sintomi non sono presenti
36:33e questa è un'indicazione che può essere estremamente interessante nel momento in cui abbiamo delle manifestazioni larvate ancora di
36:40questa sintomatologia
36:41e riguardano proprio quei geni che sono associati all'avvio della maturazione
36:47nel momento in cui andiamo a verificare ciò che accade per quanto riguarda le alte temperature
36:53alcuni lavori sono stati fatti anche considerando non solo i geni ma anche le proteine
37:04e in questo lavoro qua risulta estremamente interessante che cosa?
37:09innanzitutto non c'è una forte correlazione tra numero di trascritti che vengono modulati e proteine
37:18perché in mezzo ci sta tutto il processo che è quello della produzione della proteina e della sua attivazione
37:23che può essere estremamente variabile
37:27ma nonostante ci sia questa debole correlazione
37:30l'aspetto interessante è che noi osserviamo immediatamente come risposta al danno ad alte temperature
37:36un incremento di proteine che proteggono altre proteine
37:41sono indicati come heat shock protein
37:45e che lavorano non solo verso le alte temperature ma anche verso le basse temperature
37:51giusto per fare una, permettetemi una leggera divagazione
37:55sono le proteine che sono presenti per esempio in tutti quanti le alghe che ritrovate al ciclo porale artico
38:04perché proteggono questi organismi da le basse temperature che sono presenti e sono ugualmente le stesse
38:11che cosa fanno queste?
38:13soltanto queste proteine impediscono la denaturazione di altre proteine che possono essere estremamente importanti
38:19perché sono per esempio degli enzimi e che quindi sono coinvolti nei processi metabolici
38:24però come prima risposta noi osserviamo questa ed è collegata all'aumento della trascrizione dei geni che codificano per le
38:31heat shock protein
38:32quindi c'è una perfetta in questo caso relazione tra ciò che osserviamo a livello del trascritto e ciò che
38:38osserviamo a livello della proteina
38:43per quanto attiene all'esposizione alla luce
38:48allora l'esposizione alla luce determina che cosa?
38:53un'alterazione significativa di ciò che accade a livello della bacca per quanto riguarda alcuni metaboliti
39:01questo lavoro è estremamente interessante ma soprattutto questa figura vi rappresenta in modo chiaro ciò che sta accadendo
39:08allora lì vedete i due grappoli vedete i grappoli che sono mantenuti in condizioni di piena luce e in condizioni
39:17invece di ombra
39:18quindi sono portati sostanzialmente dalle foglie e salto a vedere ciò che accade a livello sempre
39:24dicevo prima della differenza importante che abbiamo messo in evidenza già ciò che accade a livello della buccia
39:29ciò che accade a livello della polpa
39:30allora l'andamento che osservate di queste figure geometriche che sembrano quasi dei trapezzi
39:39indicano dove avete la parte più alta che c'è un aumento dove vedete la parte più bassa c'è
39:44una diminuzione
39:48indica dove vedete l'iradianza solare quindi la quantità di luce che arriva
39:53e l'effetto nella zona completamente piena che quella gialla in quella tratteggiata di ciò che accade nei grappoli in
40:00piena luce e nei grappoli invece mantenuti in ombra
40:03e la cosa interessante è che osservate che avete degli andamenti che possono essere diversi
40:09per esempio legati a accumuli più specifici di alcuni prodotti nelle bacche mantenuti in piena luce
40:17o nelle bacche mantenuti in ombra o addirittura degli accumuli che avvengono solamente a livello della buccia
40:25nel momento in cui siete in piena luce e avete un aumento per esempio di flavonoli
40:31che sono degli altri composti che sono estremamente importanti per quanto riguarda la maturità fenolica delle uve
40:37quindi l'esposizione alla luce determina queste variazioni estremamente significative in termini compositivi
40:44queste informazioni sono derivate anche in questo caso qua dall'analisi che abbiamo descritto poc'anzi
40:52ma non abbiamo solo questo perché in realtà variazioni trascrizionali che vengono durante la maturazione
40:59sono legate anche al circo circadiano
41:02quando parlo di circo circadiano sapete che mi riferisco a che cosa?
41:06a degli eventi che indipendentemente dalla presenza o meno dello stimolo
41:13si propongono con la stessa identica dinamica nell'arco delle 24 ore
41:18l'esempio più classico che è fatto io appena sono appena tornato dagli Stati Uniti
41:22ho sofferto in maniera importante sarà la vecchiaia probabilmente di jet lag
41:27perché? perché di fatto avevo abituato il mio organismo ad andare a dormire una certa ora
41:32in realtà quando sono tornato in Italia e noi siamo più avanti rispetto agli Stati Uniti di circa 6 ore
41:39mi trovo nella fase di veglia quando avrei dovuto dormire
41:44anche in assenza di uno stimolo quindi questi si ripresentano di fatto in maniera costante durante la giornata
41:52bene l'aspetto interessante che cos'è? qui sono state fatte delle analisi di trascritti
41:58che sono stati raggruppati in relazione al loro profilo di espressione durante la giornata
42:05e l'aspetto interessante nella parte alta della diapositiva riportato ciò che accade a livello della buccia
42:11se osservate l'ultimo rettangolo alla vostra destra vedete che avete una curva che ha un picco
42:20a quale 4 di mattina e quelli sono geni che sono associati agli stress di natura biotica
42:29perché quello è il momento in cui la bacca risulta nell'arco della giornata più sensibile a un possibile potenziale
42:38attacco
42:39perché i livelli di temperatura e l'umidità sono quelli che determinano di fatto un più probabile attacco da parte
42:45dei patogeni
42:46per cui avete questo effetto che viene mantenuto nel tempo se io portassi questa bacca al buio
42:54quindi non le facesse sperimentare l'alternanza buio luce che troviamo tipicamente all'interno di una giornata
43:01l'andamento di quei geni sarebbe lo stesso per il primo periodo di tempo
43:06per poi portarsi lentamente a un livello che potrebbe essere basale perché non essendoci l'alternanza buio luce
43:14questi geni potrebbero non venire espressi ma permane nella fase iniziale
43:19e quindi questa è una sorta in qualche misura di un adattamento che ha messo in piedi la pianta
43:25giocando sul parametro fotoperiodo per riuscire a gestire ciò che accade al suo esterno
43:37presenza di deficit idrici controllati
43:41ovviamente noi siamo in grado di poter sapere ciò che accade in termini di precipitazioni
43:48per cui tutti gli esperimenti che vengono fatti per valutare qual è l'impatto di un eccesso o una carenza
43:55idrica
43:55affinché siano sufficientemente robusti devono essere fatti in un ambiente controllato
44:01però in pieno campo noi possiamo in qualche misura riuscire a simulare ciò che accade in un ambiente controllato
44:09adottando per esempio dei regimi idrici che sono differenti
44:12lo vedete no qui ci sono avete i tre tracci di vite con goccioline d'acqua che sono numerose diverse
44:21il primo in alto lo vedete quello dove viene fornita meno acqua
44:25c'è poi una situazione intermedia e poi una fornitura di acqua invece adeguata
44:29la cosa che osservate chiaramente che cos'è?
44:32è che il grappolo d'uva allevato in condizioni di limitata disponibilità idrica è più scuro
44:40questo vuol dire che ridotti livelli di disponibilità idrica attivano dei meccanismi di regolazione
44:50dell'espressione genica che portano in aumento dei pigmenti in questo caso
44:54che determinano la colorazione delle bacche pigmentate di rosso gli antociani
44:58e questo avviene in misura maggiore a livello della buccia piuttosto che della polpa
45:09per cui di fatto questi deficit idrici controllati permettono di simulare
45:14di capire come la disponibilità idrica può impattare sulla maturazione
45:21un lavoro interessante è questo che vi faccio vedere ritornando di nuovo agli aspetti legati alla regolazione epigenetica
45:29dove effetti di stress idrico e legati alla presenza importante di ultravioletti di tipo B
45:38queste sono tipiche condizioni che si ritrovano in un'altra montagna
45:41possono determinare sulla livelli di metilazione di geni che sono coinvolti nella biosintesi degli antociani
45:52sembrerebbe sostanzialmente che i livelli di UV molto elevati tendono a demetilare
46:00quindi a rimuovere i gruppi metilici e abbiamo visto che la rimozione dei gruppi metilici induce la trascrizione
46:05di geni associati alla biosintesi tanto è vero che queste piante allevate ad elevate altitudini
46:12questo lavoro che è stato fatto sempre in Sud America hanno tralci e vacche che sono di colore più scuro
46:20ma d'altra parte questo lo osservate anche chiaramente se voi siete abituati ad andare in montagna
46:26quando andate a vedere ciò che accade per i mirtilli
46:29i mirtilli sono di quel colore così blu intenso proprio perché accumulano una grande quantità di antociani
46:35e questi antociani servono a proteggere proprio le nostre piante da possibili danni legati all'UV
46:43danni che possiamo avere anche noi
46:45per cui di fatto se mi passate questo silogismo
46:52l'UV, il livello di metilazione e i nostri antociani
46:59possono essere in qualche maniera visti come una crema solare che noi ci possiamo applicare
47:06e le nostre piante fanno esattamente la stessa identica cosa aumentando il livello di antociani
47:14l'aspetto interessante di questi ultimi anni è che
47:17sapete sono aumentati sempre di più gli eventi estremi
47:22quando parliamo di eventi estremi noi parliamo sostanzialmente di che cosa?
47:27parliamo di eventi che avvengono in maniera importante nel senso di
47:35tante precipitazioni, periodi estremamente lunghi di siccitÃ
47:41e mentre questi erano magari dilazionati nel tempo in questi ultimi anni stanno diventando sempre più frequenti
47:48ma la cosa che accade sempre più frequentemente è che questi stress siano presenti all'interno della stessa identica annata
47:57per cui può capitare che accada che la nostra pianta sopporti durante la fase invernale dei fenomeni di sommersione
48:06legati a precipitazioni estremamente abbondanti
48:09poi se riesce a sfangarla diciamo dalla sommersione si trova magari sotto una canicola
48:18e quindi sotto a ondate di calore estrema
48:21per cui di fatto la pianta si trova ad aver sopportare cambiamenti climatici molto repentini
48:28e estremamente importanti in termini di intensitÃ
48:31questo è un lavoro che sono fatto dai miei colleghi padovani
48:34dove hanno valutato ciò che accade se si sottopone una pianta a una situazione di sommersione
48:46ha un'ondata di calore sommersione indicata con la lettera F
48:50l'ondata di calore con la lettera H
48:53e ha una situazione combinata tra ondata di calore e sommersione
49:00tenendo conto che la sommersione è avvenuta durante il germogliamento della bacca
49:04le ondate di calore sono avvenute in prossimità della maturazione
49:11quindi durante la fase di invaiatura e durante la fase di maturazione
49:15e durante il completamento della maturazione
49:17che cosa hanno messo in evidenza questi qua?
49:21vi faccio vedere solamente un dato che riguarda il contenuto in solidi solubili e l'acidità titolabile
49:31per le bacche quindi stiamo parlando di ciò che accade
49:34se vedete i giorni della piena fioritura
49:37sono i giorni della piena fioritura
49:39normalmente l'invaiatura viene intorno alle 8 settimane
49:43quindi stiamo parlando di 56 giorni circa
49:45se osservate la linea colorata in celeste
49:50che è quella legata all'effetto di sommersione applicato al germogliamento
49:56osservate che il livello di solidi solubili è più elevato
49:58come d'altra parte più elevato anche nel caso in cui ci sia una sommatoria
50:05degli effetti di sommersione e di ondata di calore
50:08molto più elevato di quello che accade per quanto attiene
50:11a frutti mantenuti in una situazione di controllo
50:15che è la linea più bassa di colore grigio che osservate
50:20quindi vedete che sembrerebbe quasi che l'effetto di sommersione
50:25sperimentato di petto di germogliamento e di ondate di calore
50:29determini di fatto che cosa
50:31determini un'accelerazione del processo di maturazione
50:35questo è osservabile in misura minore a livello dell'acidità titolabile
50:42dove vedete che non osservate grandissime variazioni
50:46però questo dei solidi solubili appare estremamente interessante
50:53a cosa può essere dovuta questa diversa
50:57diciamo andamento della maturazione
51:00quello che è stato osservato è che
51:04nelle pacche che derivano da piante che sono state sottoposte a sommersione
51:12e ondate di calore
51:15e quelle soggette ad ondate di calore
51:17avete un maggiore contenuto di acido abscissico
51:20e come abbiamo visto all'inizio
51:23faccio fare uno sforzo di memoria
51:25se vi ricordate abbiamo detto che l'acido abscissico
51:28è fortemente coinvolto nell'avvio della maturazione delle nostre bacche 2
51:33per cui sembrerebbe che questa variazione di questo contenuto di questo ormone
51:37sia responsabile di questa accelerazione del processo di maturazione
51:44ulteriori indagini che sono state condotte dai miei colleghi
51:48hanno messo in evidenza sostanzialmente che
51:50i geni associati alla biosintesi dell'ABA
51:55erano fortemente attivati proprio in queste bacche che avevano sopportato questi due stress congiunti
52:05ma l'aspetto interessante della valutazione di questi stress congiunti
52:10è quando voi andate poi a verificare che cosa accade nelle annate successive
52:16e sostanzialmente quello che accade è che la pianta regisce come se fosse già predisposta a fronteggiare un effetto di
52:25stress
52:26quindi possiamo parlare che da questo punto di vista la nostra pianta abbia una sorta di memoria?
52:33sì, possiamo dirlo
52:35ed è legata fondamentalmente a quei meccanismi di natura epigenetica a cui accennavamo prima
52:41perché questi mantengono come dei marchi sul DNA che indicano quello che è accaduto
52:48e questi marchi possono essere in qualche misura poi responsabili di diversi
52:53di varie trascrizioni di geni che possono essere coinvolti nel rendere più
53:00diciamo capace la nostra pianta di rispondere alla presenza dello stress
53:05questo viene indicato con la parola priming
53:09che non è altro che un processo attraverso il quale uno stimolo ambientale transitorio
53:14provoca risposte adattative che consentono di supportare meglio questi stress
53:21quindi quello che ci potremmo aspettare sostanzialmente
53:24nel momento in cui ci dovesse essere anche uno stress più blando più acuto
53:29le nostre piante che avevano sperimentato la sommersione e l'ondata di calore precedentemente
53:34metterlo in atto la stessa identica risposta ma molto più efficace
53:41bene mi avvio le conclusioni
53:46che cosa possiamo dire che tutte le nuove tecnologie hanno prodotto una quantità di dati veramente imponenti
53:55e in questo momento il collo di bottiglia nello utilizzo e la capacità di interpretarli
54:00per cui accanto a chi si occupa di biologia molecolare
54:05chi si occupa di bioinformatica che sono le due scienze che sono in grado di
54:11attraverso i mezzi che hanno messo a disposizione i tools che hanno a disposizione di studiare questi fenomeni
54:16c'è bisogno del fisiologo c'è bisogno del viticoltore
54:20cioè ci deve essere un'interazione tra tutte quante queste figure affinché ci sia una corretta interpretazione del dato molecolare
54:28e che trovi poi un riscontro nell'ambito diciamo della fisiologia della pianta
54:33esiste un'integrata rete regolativa l'avete visto che probabilmente stiamo stiamo cercando di dipanare
54:41ed è legata fondamentalmente a quelli geni switch che sono in grado di accendere di spegnere la maturazione
54:50per cui l'importante per noi sarà capire quali sono gli elementi regolativi di questi switch
54:57come questi poi di fatto sono a loro volta regolati in modo tale da poter capire regolando questi regolatori
55:08usate il gioco di parole vedere l'impatto che può avere invece sui geni che sono coinvolti nei metabolismi tipici
55:14della maturazione
55:15infine come ultimo elemento estremamente importante emerge sempre di più il ruolo regolativo dei meccanismi epigenetici nello sviluppo e maturazione
55:26della bacca
55:27soprattutto in risposta alle condizioni ambientali
55:29qui vedete tutta una serie di stress di natura ambientale generati dai cambiamenti climatici
55:37che possono essere modulati a livello della gestione del vostro vigneto
55:46parlo sostanzialmente di gestione della chioma
55:52utilizzo di micro irrigazioni o quella che viene definita l'agricoltura di precisione
55:58quindi legata di fatto a sensori che vi permettono di stabilire come sta la pianta dal punto di vista
56:04della disponibilità idrica della sua nutrizione il secondo elemento che ne abbiamo insieme è legato
56:15alla diversità genetica per cui possiamo avere disposizione come avete visto cultivar che magari
56:22hanno una plasticità fenotipica più ampia che possiamo interpretare come una capacità di adattamento
56:28all'ambiente in cui si trovano per finire poi con la diversità di natura epigenetica
56:35abbiamo visto il priming ma siamo anche in grado di andare a modificare attraverso approcci di molecolari più innovativi
56:48anche alcuni stati epigenetici e quindi di fatto di creare delle variabili epigenetiche di piante
56:55che potrebbero essere in grado di avere una migliore capacità di adattamento a fronte di quelli che sono
57:02i cambiamenti climatici che impattano in maniera significativa e qui mi rilascio a quello che avevamo
57:07detto all'inizio di fatto sulla dinamica di maturazione delle nostre bacche
57:13con questo concluso vi ringrazio dell'attenzione e vi auguro una buona giornata
57:23grazie
57:25grazie
57:26grazie
57:28grazie
57:29grazie