Heat stress tolerance assayed in four wine-producing grapevine varieties using a cytogenetic approach

• Ana Carvalho ^[1] ; Fernanda Lea ^[1] ; Manuela Matos ^[1] ; José Lima-Brito ^[1]
  1. [1] Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

     Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

     Vila Real (São Pedro), Portugal

     
• Localización: Ciência e técnica vitivinícola, ISSN 0254-0223, Vol. 34, Nº 1, 2019, págs. 61-70
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Análise da tolerância ao stresse térmico em quatro castas produtoras de vinho usando uma abordagem citogenética
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• Resumen
  • português

    O nível de tolerância ao stresse térmico (HS) difere entre as castas de videira. O HS afeta a duração e a normalidade do ciclo celular nas plantas. Os estudos citogenéticos em videira são escassos, e as consequências do HS na mitose não são inteiramente conhecidas. Este trabalho pretende avaliar as consequências de HS induzido no ciclo celular mitótico de quatro castas produtoras de vinho: Touriga Franca (TF), Touriga Nacional (TN), Rabigato e Viosinho usando uma abordagem citogenética. O HS (1h a 42 ºC) foi induzido em plantas das quatro castas desenvolvidas in vitro durante onze meses. Plantas das mesmas castas e com a mesma idade foram usadas como controlo (mantidas in vitro a 25 ºC). Três plantas por casta e tratamento (controlo e HS) foram analisadas. Após o HS, colheram-se raízes em todas as plantas e fixaram-se imediatamente as raízes para serem usadas na preparação de esfregaços cromossómicos. No total, contaram-se 6.116 células meristemáticas da raiz. De entre as 5.973 células em divisão, 24,33% apresentaram diferentes tipos de irregularidades em todas as fases da mitose (profase, metafase, anafase e telofase). Após HS, o índice mitótico (MI) diminuiu nas castas TF e Viosinho, e aumentou em TN e Rabigato, relativamente ao controlo. Contudo, os valores médios de MI não apresentaram diferenças estatisticamente significativas (p ˃ 0,05) entre castas, tratamentos ou para a interacção casta x tratamento. A percentagem de células em divisão com anomalias (%DCA) aumentou após HS em todas as castas comparativamente ao controlo. Os valores médios da %DCA apresentaram diferenças estatisticamente significativas (p < 0,05) apenas entre tratamentos. Tanto quanto sabemos, este trabalho constitui a primeira avaliação citogenética dos efeitos do HS no ciclo celular e cromossomas mitóticos de videira usando células meristemáticas da raiz. A casta TN tem sido considerada tolerante a vários stresses abióticos (seca, calor e luz excessivos) com base noutras metodologias. TF e Viosinho têm sido referidas como tolerantes a stresse abiótico mas sem estudos aprofundados disponíveis, e até ao desenvolvimento da nossa investigação, a sensibilidade de Rabigato ao stresse abiótico era desconhecida. Entre as castas analisadas neste trabalho, Rabigato revelou ser a menos tolerante ao HS. Esta investigação pode ser útil na seleção de clones de videira mais tolerantes ao HS para comercialização e para a melhoria da sustentabilidade económica.

  • English

    The degree of tolerance to heat stress (HS) differs among grapevine varieties. HS affects the duration and the regularity of the cell cycle in plants. The cytogenetic studies in grapevine are scarce, and the consequences of HS in the mitosis are barely known. This work intends to evaluate the consequences of induced HS in the mitotic cell cycle and chromosomes of four wine-producing varieties: Touriga Franca (TF), Touriga Nacional (TN), Rabigato and Viosinho using a cytogenetic approach. HS (1h at 42 ºC) was induced in plants of the four grapevine varieties that grew in vitro for 11 months. Plants of the same varieties and with equal age were used as control (maintained in vitro at 25 ºC). Three plants per variety and treatment (control and HS) were analysed. After HS, root-tips were collected in all plants and immediately fixed to be used for the preparation of mitotic chromosome spreads. In total, 6,116 root-tip cells were scored. Among the 5,973 dividing cells, 24.33% showed different types of irregularities in all mitotic phases (prophase, metaphase, anaphase, and telophase). After HS, the mitotic index (MI) decreased in the varieties TF and Viosinho, and increased in TN and Rabigato, relatively to the control. However, the average values of MI did not show statistically significant differences (p ˃ 0.05) among varieties, treatments and for the variety x treatment interaction. The percentage of dividing cells with anomalies (%DCA) increased after HS in all varieties relatively to the control. The average values of %DCA presented statistically significant differences (p < 0.05) only between treatments. As far as we know, this work constitutes the first cytogenetic evaluation of the HS effects in the mitotic cell cycle and chromosomes of grapevine using meristematic cells of root-tips. TN has been considered tolerant to various abiotic stresses (drought and excessive heat and light) based on other methodologies. TF and Viosinho have been referred as tolerant to abiotic stress without deeper studies available, and till the development of our investigation, the sensibility of Rabigato was unknown. Among the varieties analysed in this work, Rabigato revealed to be the less tolerant to HS. This research can be useful for selection of grapevine clones more tolerant to HS for commercialization and for the improvement of the economic sustainability.