Современные методы генотипирования и анализа ДНК произвели революцию в ампелографии. Они позволяют дифференцировать большие группы внутри видов Vitis vinifera и идентифицировать сорта винограда, не дожидаясь развития кустов и их плодоношения.
Термин ампелография происходит от греческого «ампелос», что означает виноградная лоза, и от «графиа»- описание. Впервые этот термин для описания сортоввинограда был предложен в 1661 году доктором Саксом в книге Ampelographia.
В настоящий момент этот термин включает как описание, так и идентификацию сортов винограда, изучение их эволюции и взаимосвязей, существующих между ними, а также знание их поведения по отношению к окружающей среде.
Долгое время ампелография основывалась только на визуальном наблюдении за кустами винограда, в частности на морфологии коронок, листьев, побегов, гроздей и ягод. Существует примерно сто дескрипторов, кодифицированных для описания различных частей виноградного растения, из них в приоритете (входят в методику ампелографического описания сорта OIV) первичные 14 дескрипторов, которые были закреплены в описании за их хорошую способность различать сорта между собой.
В последнее время Ампелография приобрела новые инструменты, такие как хемотаксономия (исследования соединений вторичного метаболизма) или биохимические маркеры (изоферменты).
Настоящая революция в Ампелографии произошла в 90-е годы, когда для определения происхождения сорта стали использовать генетические маркеры. Молекулярные метки и секвенирование ДНК сделали возможным ранний доступ не только к фенотипу, но и непосредственно к генотипу любого сорта винограда, без необходимости ждать полного развития куста и плодоношения.
ДНК, необходимая для этого типа анализа, может быть извлечена из нескольких десятков миллиграммов растительного материала и любого органа или части растения (листьев, ягод, побегов, корней и т. п.).
Что такое ДНК и как она устроена?
Дезоксирибонуклеиновая кислота или ДНК - это молекула, присутствующая во всех живых клетках, которая содержит всю информацию, необходимую для развития и функционирования любого живого организма.
Это также поддержка наследственности, потому что она передается при воспроизведении - полностью или нет.
Следовательно, ДНК несет генетическую информацию и составляет геном всех живых существ на Земле.
ДНК определяет синтез белка через РНК. Эта двойная спираль состоит из последовательностей нуклеотидов, состоящих из фосфатной группы, связанной с сахарами, дезоксирибозы, которая сама связана с азотистым основанием.
Существует четыре различных азотистых основания, включая цитозин (C) и тимин (T) из семейства пиримидинов, а также аденин (A) и гуанин (G) из семейства пуринов.
В клетках растений ДНК локализована в ядре и в хлоропластах. Хлоропласты - это важные органеллы, которые улавливают свет, благодаря чему происходит фотосинтез растений.
Какие методы использует молекулярная ампелография?
Молекулярная ампелография включает анализ нескольких типов маркеров на ДНК, которые позволяют с уверенностью дифференцировать сорта винограда:
- микросателлиты (ядерные и хлоропластические) или SSR (простые повторы последовательности): это короткие последовательности ДНК, образованные в результате повторения (до 20–30 раз) единиц из 2,3 или 4 оснований (например, CA или GAT);
- индели (Indels), которые представляют собой инсерционные или делеционные мутации коротких последовательностей ДНК;
- мобильные элементы или переносные элементы, иногда также называемые «прыгающими генами». Их движения могут быть активированы стрессом и определенными факторами окружающей среды. Подвижность этих элементов является источником мутаций и, следовательно, генетической изменчивости и эволюции. Здесь различают ретротранспозоны, которые распространяются в режиме «скопировать и вставить», и транспозоны, которые перемещаются в режиме «вырезать и вставить».
- однонуклеотидный полиморфизм или SNP, которые касаются только одного нуклеотида. Это переход от одной базы к другой. Здесь различают переходы, которые представляют собой замены нуклеотидов в одном семействе (пуриновые или пиримидиновые), и трансверсии - превращение пурина в пиримидин и наоборот.
Чему молекулярная ампелография научила нас в плане происхождения винограда?
Работа, проведенная командой Жан-Пьера Перо (Jean-Pierre Péros) из INRA в Монпелье, позволила выявить наследственный характер азиатских видов винограда, которые, как говорят, являются одновременно источником европейского вида Vitisviniferaи американского вида винограда.
Что касается последнего, то было два различных случая расселения виноградного растения из Евразии в Америку: первый прослеживается в происхождении центральных и восточных американских видов (Vitis labrusca, Vitis riparia, Vitis rupestris и Vitis berlandieri), второй - в происхождении калифорнийского вида (Vitis californica).
Анализ микросателлитов также позволил дифференцировать настоящие европейские дикие лозы (Vitis vinifera subsp. Sylvestris), и, кроме того, например, разделить большие группы итальянских сортов, называемых Неретто и Ламбруско, на отдельные самостоятельные сорта, входящие в эти группы.
Что молекулярная ампелография говорит о родственных связях между сортами винограда?
Анализ с помощью микросателлитов 2300 традиционных сортов, хранящихся в банке данных Domaine de Vassal (INRA de Marseillan), позволил создать полную и уникальную в своем роде базу данных сортов винограда.
Когда по всем маркерам изученного сорта мы можем найти путем сравнения два других сорта винограда, каждый из которых имеет половину определенных значений, существует большая вероятность того, что в результате скрещивания этих двух сортов винограда и возник искомый третий. Иногда даже для данного скрещивания можно определить, какой сорт был отцовской формой, а какой – материнской.
Именно материнская форма обеспечивает будущее потомство всеми его «метаболическими механизмами», в частности его хлоропластами. Они также содержат ДНК, на которой были определены определенные генетические маркеры.
Таким образом, было установлено, что белый сорт Гуа блан, не представляющий особого интереса с точки зрения виноделия, является важным и можно сказать основным прародителем самых важных европейских сортов винограда. Например, при естественном скрещивании Гуа блан (который также известен как Хейниш вайс или Бранестраубе) с сортами группы Пино получились такие сорта, как Шардоне, Алиготе, Оксерруа, Мелон и Гаме.
От скрещивания Гуа блан с другими, зачастую неизвестными сортами получились сорта Жакер, Гролло нуар, Коломбар, Рислинг или даже старинный сорт Сен-Ком из региона Аверон.
Недавнее исследование, проведенное Жан-Мишелем Бурсико (Jean-Michel Boursiquot) с соавторами, опубликованное в конце 2008 года в австралийском научном журнале, позволило установить родословную сорта Мерло. Во время апробации, проведенной на старых виноградниках в Бретани и в Шаранте был обнаружен оригинальный и неизвестный сорт винограда: Магдален нуар де Шарант (Magdeleine noire des Charentes). Анализы ДНК подтвердили, что этот очень старый сорт виноград был «матерью» сортов Мерло и Мальбек.
Мы также знали, что Прюнелар и Мальбек – родственные сорта, но не знали в какой степени. Теперь мы знаем, что Прюнелар является «отцом» Мальбека.
Каковы наиболее яркие примеры успешной идентификации сортов с помощью молекулярной ампелографии?
В 2009 году Жан-Мишель Бурсико и Лоран Одеген (Laurent Audeguin) смогли идентифицировать несоответствие сорта под названием Альбариньо, выращиваемого под этим названием в Австралии, настоящему сорту Альбариньо.
В течение многих лет местные виноделы считали, что они выращивают Альбариньо, но с помощью молекулярной ампелографии ученые определили определили, что это на самом деле у них не Альбариньо, а сорт Саваньен блан.
Этот результат был подтвержден вскоре после возвращения ученых во Францию благодаря генетическим маркерам. Анализ ДНК, взятый на месте в Австралии, после сравнения с существующими базами данных (IFV, INRA) подтвердил идентичность сорту Саваньен блан.
Для справки: такая же история уже произошла в Чили почти за двадцать лет до использования генетических маркеров. Тамошние виноградари и виноделы долгое время путали сорт Карменер с Мерло.
Может ли молекулярная ампелография различать клоны?
На данный момент молекулярная ампелография не позволяет различать клоны одного и того же сорта винограда, потому что на уровне микросателлитов там очень мало внутрисортовых различий.
Однако новые методы секвенирования ДНК с очень высокой пропускной способностью теперь позволяют рассмотреть возможность повторного секвенирования генома разных сортов винограда. Этот подход был выбран, чтобы попытаться обнаружить генетические различия, которые могут существовать между клонами.
Во время исследований диссертации Грегори Каррье (Grégory Carrier) под руководством IFV, Montpellier SupAgro и INRA, были проанализированы три клона сорта Пино нуар.
Результаты позволили продемонстрировать преобладающую роль мобильных элементов (ретротранспозонов) в генетическом полиморфизме, обнаруженном между этими клонами. На основании этого, предварительный анализ сортов с использованием маркеров SSAP позволил получить уникальные профили для всех клонов Пино нуар в коллекции.
Однако выбор этих маркеров и проверка их стабильности и повторяемости должны быть лучше изучены, чтобы исключить возможность ошибок, прежде чем можно будет говорить о полностью надежном способе идентификации различных клонов.
Автор: Оливье Йобрега (Olivier Yobrégat) - агроном-энолог из Института винограда и вина IFV - V'innopôle, Франция.
Еще почитать:
Новая дорожная карта для селекционеров винограда
Открытие генетических маркеров может облегчить работу селекционеров
Знаменитый селекционер: играй и выигрывай
Отбор с помощью ДНК-маркеров увеличивает эффективность селекции
Подвои винограда – прошлое, настоящее и будущее
