Forschung

Traubenbeeren sind je nach Entwicklungsstand sowie je nach Intensität und Dauer unterschiedlich anfällig gegen Stressfaktoren wie Trockenheit oder Hitze. Zum Beispiel ist bekannt, das Beeren vor Reifebeginn anfälliger für Trockenstress sind. Der Klimawandel wird voraussichtlich die Häufigkeit und Intensität von Trockenheit und Hitzestress erhöhen. Beide Stressoren haben die gemeinsame Wirkung: die Produktion zytotoxischer reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) in Pflanzenzellen zu erhöhe. ROS werden zwar grundsätzlich als Signalmoleküle produziert, und Pflanzen haben Mechanismen zu ihrer Entgiftung entwickelt, aber unter Stressbedingungen wird ihre Produktion erhöht. Es ist daher. wichtig zu verstehen, wie der ROS-Status mit anderen metabolischen Prozessen interagiert, die in den verschiedenen Stadien der Beerenentwicklung aktiv sind, und welche Auswirkungen der Zeitpunkt von ROS-induzierenden Stressfaktoren hat. Die Unfähigkeit, ROS zu entgiften, kann zu Veränderungen im Stoffwechsel und in der Entwicklung der Beeren führen, die sich auf die Qualität der Ernte auswirken, z.B. durch verstärkte Lipidoxidation, Membranschädigung und anschließendes Zellsterben, das im Extremfall Symptome wie das Welken der Beeren verursachen kann. Im Rahmen des Projekts sollen die verschiedenen Strategien untersucht werden, mit denen die Traubenbeeren einem Anstieg der als Reaktion auf Stressfaktoren gebildeten ROS-Moleküle entgegenwirken könnten, darunter die Aufstockung des antioxidativen Potentials durch sekundäre Metaboliten und die Veränderung der Expression von ROS-abbauenden Enzymen. Das ROS Gleichgewicht wird durch die Aktivität von Enzymen und die Expression von Genen untersucht. Darüber hinaus werden die stressbedingen Schäden durch ROS in den Beeren Die ROS-Fangkapazität des sich entwickelnden im Hinblick auf das Ausmaß der Lipidoxidation, des Zelltods und der Veränderungen in der Zusammensetzung der Beeren quantifiziert.

Der Weinbau ist eines der wirtschaftlich wichtigsten Agrarsysteme in Europa. Die Weinrebe verfügt über eine große genetische Vielfalt auf der Ebene der Unterlage, der Sorte und des Klons. Leider wird diese Vielfalt derzeit nur in sehr geringem Umfang genutzt, und ihre potenzielle Rolle bei der Reaktion auf abiotischen Stress wurde noch nicht angemessen quantifiziert. Dies stellt die Winzer vor die offene Frage, welches die besten Mittel sind, um ihre Weinberge an spezifische Umweltbedingungen anzupassen (z. B. Hitzewellen, Trockenheit, Staunässe usw.). Auf wissenschaftlicher Ebene ist es von entscheidender Bedeutung, die genetische Plastizität von Unterlagsreben, Sorten und Klonen (und deren Wechselwirkungen) zu verstehen, um das derzeitige Pflanzmaterial weiter anzupassen und zu verbessern und die genetische Vielfalt der in Europa verwendeten Rebsorten zu erhalten. Es müssen Standards für physiologische Merkmale definiert werden, und der Einfluss der verschiedenen genetischen Hintergründe auf den Wert und die Flexibilität dieser Merkmale unter verschiedenen Umweltbedingungen muss verstanden werden. Vor diesem Hintergrund wurde das Projekt DiverGrape konzipiert, an dem Partner aus vier europäischen Ländern mit unterschiedlichen Umwelt- und Weinbaubedingungen beteiligt sind. Im Rahmen der Partnerschaft werden Forscher einen standardisierten methodischen Ansatz anwenden, der sowohl auf ökophysiologischen als auch auf metabolomischen Werkzeugen basiert, um den Beitrag folgender Faktoren zur Umweltreaktion zu quantifizieren: i) klonale Variation innerhalb bestimmter lokaler Sorten, ii) Unterlagsmaterial für eine bestimmte Sorte und ii) die Interaktion zwischen Unterlage und Edelreiser. Unter Ausnutzung bestehender Weinberge mit einer Vielzahl von genetischem Material in verschiedenen europäischen Weinbaugebieten wird die Partnerschaft quantifizieren, wie die Umwelt die Plastizität der Rebe in Bezug auf bestimmte Klimazonen beeinflusst. Die im Rahmen des Projekts DiverGrape erzielten Ergebnisse werden den Weinbauern das Wissen vermitteln, wie sie die vorhandene genetische Vielfalt der Reben optimieren können, um ihre Weinberge an extremere Klimasituationen anzupassen.

Das Projekt zielt darauf ab, die möglichen Mechanismen der Stressreduzierung bei Pflanzen durch Zeolith-Klinoptilolith (der am häufigsten in der Natur vorkommende Zeolith) aufzudecken, die anhand empirischer Daten beobachtet wurden. In Anbetracht all dessen wird das Projekt: (i) Bestimmung der Auswirkungen der Zeolith-Anwendung auf die Ökophysiologie der Weinrebe unter umweltkontrollierten Bedingungen (ii) Bestimmung der Zeolithkapazität zur Verbesserung der Weinrebenleistung bei Trockenheit (iii) Klärung der möglichen Mechanismen, die an der Stressabbaukapazität von Zeolith beteiligt sind, wenn es bei Dürre auf Weinrebenblätter aufgetragen wird (iv) Bewertung der eventuellen Fähigkeit von Zeolith zur Unterstützung der Wiederherstellung der Funktionalität von Weinreben nach Trockenstress. Zu diesem Ziel wird im Rahmen des Projekts ein Versuch unter kontrollierten Gewächshausbedingungen an getopften Weinreben durchgeführt, um Pflanzen, die zuvor mit Clinoptilolith behandelt wurden oder nicht, einer Trockenheit auszusetzen. Das Experiment umfasst den gesamten Vegetationszyklus der Weinrebe (ca. 6 Monate) und eine regelmäßige Überwachung ökophysiologischer Parameter wie der Gasaustauschrate, der PSII-Photochemieeffizienz und des Wasserstatus der Pflanze.