Notre contribution à Kliwiresse

Lorsque nous découvrons qu'un processus change sous l'effet du stress, cela ne dit pas grand-chose au début - bien que cela puisse faire partie de l'adaptation, cela pourrait tout aussi bien être une conséquence des dommages causés par le stress. Les données vastes et complexes générées dans notre projet doivent être interprétées pour devenir utiles. Ici, nous apportons plus de deux décennies d'expérience sur le stress des plantes, en mettant l'accent sur la compréhension de la base moléculaire de la réponse au stress. Cette connaissance nous aidera à découvrir ce que signifient réellement les phénomènes observés.

Notre deuxième contribution est notre collection du Vigne Sauvage Européen (Vitis sylvestris). Cet ancêtre sauvage de notre vigne est quasiment éteint. Originalement comme un projet de protection des espèces, nous avons pu constituer une collection qui couvre désormais l'ensemble du patrimoine génétique de cette espèce sauvage qui existe toujours en Allemagne et au-delà.

Dans le même temps, tout le génome de cette collection a pu être déchiffré. Cela a abouti à notre base de données GrapeKIT, de sorte que nous pouvons maintenant rechercher les variantes que la nature a produites pour chaque gène d'intérêt. Ensuite, nous pouvons obtenir cette variante directement de la plante correspondante et l'examiner. Une comparaison exhaustive de nombreux génomes de la vigne (Dong et al., 2023) montre comment la vigne a subi une impressionnante dynamique d'échange génétique et de migration au cours de son évolution récente, mais aussi lors de sa domestication par nous, les humains. Cette histoire a laissé des traces dans le génome du Vigne Sauvage - sous la forme de gènes importants pour la résilience au changement climatique. Nous avons déjà trouvé les premiers candidats et créé une population croisée avec notre partenaire JKI.

C'est ce qui est sorti jusqu'à présent

Comment avons-nous procédé?
La question de savoir comment la vigne perçoit et répond au stress thermique a jusqu’à présent été très peu étudiée. Ainsi, de jeunes plants de Riesling (sensible à la chaleur) et du cépage sauvage Hördt 29 (tolérant à la chaleur) ont été confrontés à un stress thermique dans des conditions contrôlées afin de découvrir quelles différences moléculaires ou physiologiques sont associées à la tolérance à la chaleur. Tout d'abord, de nombreuses questions techniques et méthodologiques ont dû être clarifiées afin de pouvoir représenter de la manière la plus réaliste possible la situation du vignoble : combien de temps doit durer le stress ? Quelle doit être la température ? Quelles mesures faut-il effectuer ? Quelles méthodes peuvent être utilisées pour étudier scientifiquement la situation du vignoble, où les conditions ne peuvent être contrôlées ?

Notre boîte à outils.
Nous avons désormais développé une boîte à outils performante avec laquelle nous pouvons évaluer de manière fiable la tolérance à la chaleur de différentes vignes. Cette boîte à outils contient des méthodes physiologiques non invasives telles que les mesures de l'ouverture des stomates ou des performances de la photosynthèse, la détermination moléculaire de l'état de stress comme la mesure des espèces réactives de l'oxygène ou l'activité des gènes de signalisation du stress ou de défense, mais aussi des méthodes permettant de déterminer un mémoire de stress de la plante comme la discrimination des isotopes du carbone ou la détermination des produits de dégradation du jasmonate.

Étant donné que les expériences sur les plantes sont très complexes et nécessitent beaucoup de temps, d'espace, de travail et d'infrastructures, nous recherchions un moyen de mesurer rapidement et de manière robuste la tolérance à la chaleur des plantes à l'aide de disques foliaires. Nous avons désormais réussi à développer ce test et à l'utiliser pour mesurer la tolérance à la chaleur de certains cépages. Ici, le Riesling et le Morio Muscat se sont montrés sensibles, tandis que le cépage sauvage Hördt 29 ainsi que le Chardonnay se sont très bien comportés, le cépage PiWi Calardis Blanc se situait au milieu. Nous utiliserons cette méthode l'été prochain pour mesurer un grand nombre de cépages, mais aussi des vignes sauvages.

Comment se développe la tolérance à la chaleur ?
Les facteurs centraux d’une meilleure tolérance à la chaleur étaient l’activation rapide de certaines protéines de choc thermique, mais également une meilleure communication entre les mitochondries et le noyau cellulaire. Au début d'une période de chaleur, toutes les plantes, qu'elles soient sensibles ou tolérantes, ouvrent leurs stomates afin d'abaisser la température des feuilles par évaporation de l'eau (un peu comme nous, les humains, essayons d'abaisser la température de notre corps en transpirant). Alors que les plantes sensibles, comme notre Riesling, doivent laisser les stomates ouverts même après plusieurs jours et perdent ainsi beaucoup d'eau, la vigne sauvage résistante Hördt 29 peut recommencer à refermer les stomates après seulement quelques heures grâce à sa production plus efficace. de protéines de choc thermique pour que l'eau tienne mieux.

Publications actuelles liées au projet

Gong PJ, Metzger C, Khattab I, Kaźmierczak A, Riemann M, Nick P (2023) Two ways to die: species dependent PCD modes in grapevine cells. Plant Science 332, 111695

Dong Y, Duan S, Xia Q, Liang Zh, Dong X, Margaryan K, Musayev M, Goryslavets S, Zdunić G, Bert PF, Lacombe T, Maul E, Nick P, et al. (2023) Dual domestications and origin of traits in grapevine evolution. Science, 379, 892-901

Sofi KG, Metzger C, Riemann M, Nick P (2023) Chitosan triggers actin remodelling and activation of defence genes that is repressed by calcium influx in grapevine cells. Plant Science 326, 111527

Daldoul S, Hanzouli F, Hamdi Z, Chenenaoui S, Wetzel T, Nick P, Mliki A, Gargouri M (2022) The root transcriptome dynamics reveals new valuable insights in the salt-resilience mechanism of Mediterranean wild grapevine (Vitis vinifera subsp. sylvestris). Front Plant Sci 13, 1077710

Khattab IM, Sahi VP, Baltenweck R, Grondard AM, Hugueney P, Bieler E, Dürrenberger M, Riemann M, Nick P (2021) Ancestral chemotypes of cultivated grapevine with resistance to Botryosphaeriaceae related Dieback allocate metabolism towards bioactive stilbenes. New Phytologist 229, 1133-1146

Ge XS, Hetzer B, Tisch C, Kortekamp A, Nick P (2023) Surface wax in the ancestral grapevine Vitis sylvestris correlate with partial resistance to Powdery Mildew. BMC Plant Biology 23, 304

Gajjar P, Ismail A, Islam T, Darwish AG, Moniruzzaman MD, Abuslima E, Dawood AS, El-Saady AKM, Tsolova V, Nick P, Sherif SM, Abazinge MD, El-kereamy A, El-Sharkawy I (2023) Physiological Comparison of Two Salt-Excluder Hybrid Grapevine Rootstocks Under Salinity Reveals Differential Adaptation Quality. Plants 12, 324.

Tisch C, Kortekamp A, Nick P (2024) Searching new targets for the control of Black Rot: following the role of host factors modulating the infection process of Phyllosticta ampelicida. Plant Biology 26, 292-304

Nick P (2023) Towards a Grammar of Plant Stress – Modular Signalling Conveys Meaning. Theor Exp Plant Physiol. doi 10.1007/s40626-023-00292-2