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Molecular characterization of aroma genes in Vitis vinifera var. ‘Moscato bianco’
No full textMOLECULAR CHARACTERIZATION OF AROMA GENES IN VITIS VINIFERA var. MOSCATO BIANCO
D’Onofrio C.*, De Lorenzis G.*, Boss P.K. **
*) Department of Fruit Science and Plant Protection of Woody Species ’G. Scaramuzzi‘, Fruit Science Section, University of Pisa, Via del Borghetto 80, I-56124 Pisa, Italy
**) CSIRO Plant Industry, PO Box 350 Glen Osmond SA 5064 Australia
Corresponding author: D’Onofrio C. ([email protected])
Running Head
Muscat Grape Aroma Genes Characterization
Key words
gene expression, grape flavour, monoterpenes, muscat, terpenoids
Background and Aims
Grape-derived flavour compounds and some flavour precursors modified during fermentation, wine evolution and ageing, are fundamental in determining the organoleptic parameters used to define wine quality as the aromatic quality, persistency and complexity are wine characteristics that may influence consumer choice. Although hundreds of secondary metabolites that potentially contribute to wine flavour have been detected in grapes, the knowledge of the biosynthesis of many of these compounds is not well understood and only a few genes involved in flavour pathways have been discovered and characterised. The flavour and aroma of certain Vitis vinifera grape varieties is dominated by volatile terpenes and small volatile aldehydes. Typical monoterpenol components of Muscat cultivars, a group of Vitis vinifera aromatic varieties, are linalool, geraniol, nerol, citronellol, and alpha-terpineol. The aim of this research is the discovery and characterization of genes involved in terpenoid biosynthesis of “Moscato Bianco”, one of the most important Italian Muscat varieties.
Methods and Results
Samples of flowers and berry at different developmental stages, from fruit set to technological ripening, have been analysed for their aroma content and the expression of both previously characterised genes and some that are predicted to be involved in grape flavour pathways. The aroma compounds have been extracted by SPE and SPME procedures and analysed by GS-MS, while the expression of characterised grape aroma genes and some candidate genes have been analysed by real-time RT-PCR.
Among the genes we analysed, some showed a peak of expression at berry set, while others are expressed at veraison or during the berry ripening. In particular, some candidate genes showed a peak of expression in flowers (3 putative geranyl or geranylgeranyl diphosphate synthase, alpha-terpineol synthase, valencene and germacrene D synthase, and 3 other additional putative terpene synthase genes), another during fruit set (HMG-CoA reductase), one at veraison (carotenoid cleavage dioxygenase 1) and others during ripening (1 putative geranyl or geranylgeranyl diphosphate synthase, 3 putative terpene synthases).
Conclusions
The analysis of correlations between aroma accumulation and gene expression has allowed the identification of candidate genes potentially involved in grape aroma compound biosynthesis and these will be functionally characterised.
Significance of Study
The discover and characterization of genes that encode the enzymes from grapevine flavour pathways and analysis of their activity during berry development would support decisions on management of genotype, environment and viticultural practices for improving grape flavour and aroma potential
Expression of genes involved in terpenoid biosinthetic pathways in a grapevine Muscat variety
No full textThe flavour and aroma of certain Vitis vinifera grape varieties is dominated by volatile terpenes and small volatile aldehydes. Monoterpenes contribute to the final grape and wine aroma and flavour in form of free volatiles and as glycoside conjugates of monoterpene alcohols. Typical monoterpenol components of the cultivar Muscat and other aroma-rich grape varieties are linalool, geraniol, nerol, citronellol, and alpha-terpineol. These compounds are widely recognized by humans as important fragrance, flavour and aroma compounds and can present desirable quality traits for plant breeding in viticulture.
The aim of this project is the molecular characterization of genes of terpenoid formation in Muscat, an aromatic Vitis vinifera varieties. In this work, we describe the expression of different monoterpene and sesquiterpene synthases, and other genes involved flavour biosynthesis pathway in flower buds, open flowers, and during berry ripening and we compare transcriptional profiles with aroma profiles obtained by solid phase extraction analysis.
The experiments reveal that monoterpenes synthases are almost synthesized during berry setting and the sesquiterpenes synthases are almost synthesized in flower buds, open flowers, during berry setting and in harvest stage. The aroma profiles show almost terpenoids production in flower buds and in harvest stage
Variabilità di biotipi di “Sangiovese” reperiti nella zona della DOC “Montecucco”
No full textA population of “Sangiovese” and “Ciliegiolo” biotypes (“Ciliegiolo” is considered to have close parentage relation with “Sangioviose”) showing differences of some morphological traits (shoot tip colour; leaf size, shape and tomentosity) present in “Montecucco” DOC area have been analysed by DNA molecular markers.
The polymorphism of 10 microsatellite loci, included the 6 microsatellite loci indicated in the EU-project GENRES CT96 No 81, (VVS2, VVMD5, VVMD6, VVMD7, VVMD17, VVMD21, VVMD24, VVMD27, ssrVrZag62 e ssrVrZag79) have been analysed. In addition have been analysed the REMAP polymorphism (REtrotransposon-Microsatellite Amplified Polymorphism) a technique showing the retrotransposons insertional polymorphism by the amplification of DNA fragment between a retrotransposon and a microsatellite locus. Two REMAP primer combinations have been chosen on the bases of previous results (D’Onofrio et al., personal communication): one combination for Tvv1 retrotrasposons and the other one for Gret1 retrotrasposons.
The polymorphism of both type of molecular markers have been translated in presence/absence matrixes, the similarity analysis have been performed using the Nei coefficient for microsatellite and the simple matching similarity index for REMAP, and the relative dendrograms have been build using the UPGMA methods. Furthermore, the degree of genetic diversity displayed by both molecular marker systems have been evaluated by the Shannon’s index and the polymorphic information content (PIC).
The molecular analysis not revealed genetic differences among the most part of accessions showing significant differences in morphological traits, while in some cases a genetic diversity have been detected among accessions characterised by some ampelographic trait convergences
Studio sulla biosintesi degli aromi nelle uve di Sangiovese (Studies of aroma biosynthesis in clusters of ‘sangiovese’ grapevine)
No full textGenotipizzazione di accessioni di Malvasia a Bacca nera, rosa e bianca
No full textUn gruppo di venticinque genotipi di “Malvasia” a diverso colore della bacca e provenienti da differenti regioni d’Italia, è stato caratterizzato studiando il polimorfismo di 10 loci microsatelliti, tra cui i sei loci indicati nell’ambito del EU-project GENRES CT96 No 81, e delle caratteristiche ampelografiche della foglia adulta.
Con l’analisi dei polimorfismi dei microsatelliti è stato possibile individuare 4 seguenti gruppi varietali: gruppo A costituito da 6 accessioni di “Malvasia bianca lunga” di cui due cloni omologati (“Cenaia-2” e “MBD-F7-A2-11”); gruppo B “Malvasie nera di Lecce” comprendente 4 cloni omologati (“U.S. FI-PI 1”, “U.S. FI-PI 4 NP”, “U.S. FI-PI 7”, “MN-N 6”) e due biotipi recuperati nella zona DOC “Montecucco” (GR); gruppo C “Malvasia nera di Brindisi” comprendente il clone “UBA 69/34 EM” e due biotipi reperiti rispettivamente in Toscana (GR) e Sardegna (CA); gruppo D a bacca aromatica composto da due biotipi di “Malvasia di Candia aromatica” ed uno di “Malvasia rosa”. Infine altre 6 accessioni di “Malvasia”, a bacca bianca e a bacca nera di provenienza diversa, sono apparse tra loro geneticamente disomogenee, e tra queste vi sono la “Malvasia di Candia”, la “Malvasia Istriana” e una “Malvasia” proveniente dalle Isole Canarie, identificata come “Malvasia di Lanzarote”.
I risultati delle indagini molecolari evidenziano che la “Malvasia nera di Lecce” (in questo lavoro rappresentata dai cloni omologati in Toscana) è un vitigno differente dalla “Malvasia nera di Brindisi” (rappresentato dal clone “UBA 69/34 EM”), pur condividendo un elevato numero di alleli (ma non tutti) nei loci microsatelliti esaminati. Inoltre, in tutti i 10 loci microsatelliti esaminati la “Malvasia bianca lunga” condivide un allele con la “Malvasia nera di Brindisi” facendo presupporre un’eventuale relazione di parentela.
L’analisi delle caratteristiche ampelografiche della foglia adulta di alcune accessioni appartenenti ai principali gruppi di “Malvasia” individuati confermano i risultati delle indagini molecolari
Disfunctions in the anthocyanin accumulation of Vitis vinifera L. varieties studied by a targeted resequencing approach
No full textBACKGROUND: The pathway of anthocyanin biosynthesis, and its alterations leading to berry colour modification, are well known in grape skin. This variability could affect both quantity and quality of pigment accumulation. OBJECTIVE: The present work is focused on 15 grapevine cultivars selected to represent a high variability in the phenotypical colour traits in order to highlight new polymorphisms related to the flavonoid pathway. METHODS: Twenty-one genes involved in the biosynthetic pathway of anthocyanins were studied via targeted resequencing and were correlated with phenotypic data (anthocyanin profiles and spectroscopy indices). RESULTS: Single nucleotide polymorphism (SNP) and InDel (insertion/deletion) polymorphisms were detected. Out of 1751 polymorphic loci, 68% were SNPs and 32% were InDels (568). Cluster analysis and SPLS-DA were used to investigate the genetic relationships among the cultivars, confirming the large range of phenotypical variability. Statistically significant correlations were detected between accumulation of cyanidin-based anthocyanins and genetic polymorphisms in two structural genes and one transcription factor putatively involved in the anthocyanin biosynthetic pathway. CONCLUSIONS: The understanding of the polymorphisms related to the anthocyanin accumulation could support future selection of new pink table grape varieties with increased appeal on the consumers
Qualitative and ampelograhic characteristics of some grapevine varieties recovered in the area of Massa Carrara province
No full textI retrotrasposoni: nuovi metodi di indagine molecolare per la caratterizzazione genotipica e lo studio filogenetico della vite. Il caso delle “Malvasie” (The retrotransposons: new molecular markers useful for genotype characterisation and phylogenetic analysis of grapevine. Application to Malvasias)
No full textNell’ambito dell’attività di ricerca precedentemente condotta presso il nostro laboratorio con l’obiettivo di studiare i marcatori molecolari basati sul polimorfismo inserzionale dei retrotrasposoni per una migliore discriminazione dei genotipi appartenenti al genere Vitis, le indagini sono state estese a un gruppo di 25 accessioni di Malvasia e di presunte Malvasia-simili al fine di confrontare la capacità discriminante di questi marcatori molecolari con quella dei noti microsatelliti (SSR) e di fornire eventuali ulteriori informazioni sull’identità e la filogenesi di questo gruppo di accessioni.
Nello specifico è stato analizzato il polimorfismo delle sequenze di DNA comprese tra due retrotrasposoni Tvv1 (copia-like) o Gret1 (gypsy-like) (IRAP: Inter-Retrotransposon Amplified Polymorphism), il retrotrasposone Tvv1 o Gret1 e sequenze di tipo microsatellite (REMAP: Retrotransposon-Microsatellite Amplified Polymorphism); mentre per quanto concerne i microsatelliti è stato esaminato il polimorfismo di 10 loci, tra cui i 6 loci indicati nell’ambito del EU-project GENRES CT96 N° 81.
Nel complesso delle 25 accessioni di Malvasia analizzate sono state individuate delle combinazioni di primers IRAP e REMAP che forniscono un elevato numero di bande polimorfiche (20-30 bande polimorfiche per ciascuna singola coppia di primers).
I polimorfismi ottenuti sono stati utilizzati per costruire delle matrici binarie di presenza/assenza, rispettivamente per IRAP, REMAP e SSR, dalle quali è stato possibile ricavare i relativi dendrogrammi. Dal confronto dei suddetti alberi si evince che il polimorfismo inserzionale dei retrotrasposoni rilevato con le combinazioni IRAP e REMAP, al pari di quello dei loci microsatelliti è in grado di distinguere i genotipi analizzati discriminando i differenti vitigni. Infatti, sia nel dendrogramma degli SSR che in quello delle IRAP e REMAP è possibile individuare gli stessi gruppi varietali: Malvasia bianca lunga, Malvasia nera di Lecce, Malvasia nera di Brindisi, Malvasia di Candia aromatica, Malvasia bianca di Candia, Malvasia Istriana, Malvasia di Lanzarote, e 3 Malvasie simili provenienti dalla Toscana e dal Lazio.
I marcatori IRAP, e soprattutto quelli REMAP, sono risultati più informativi dei microsatelliti, tanto da rendere possibile una accurata discriminazione varietale utilizzando una sola coppia di primers, anziché 10 coppie di primers microsatelliti.
Differenze tra i tre tipi di marcatori utilizzati, appaiono, invece, per quanto concerne le informazioni di tipo filogenetico, tuttavia, ulteriori studi sono necessari per stabilire quali tra queste informazioni siano quelle effettivamente più attendibili
Genotipizzazione di accessioni di “Malvasia” e di vitigni “Malvasia simili” a bacca nera, rosa e bianca (Genotype characterisation of white, rose and red grape grapes Malvasia accessions)
No full textUn gruppo di venticinque genotipi di Malvasia a diverso colore della bacca e provenienti da differenti regioni d’Italia, è stato caratterizzato studiando il polimorfismo di 10 loci microsatelliti, tra cui i sei loci indicati nell’ambito del EU-project GENRES CT96 No 81, e delle caratteristiche ampelografiche della foglia adulta.
Con l’analisi dei polimorfismi dei microsatelliti è stato possibile individuare 4 seguenti gruppi varietali: gruppo A costituito da 6 accessioni di Malvasia bianca lunga di cui due cloni omologati (Cenaia-2, MBD-F7-A2-11); gruppo B Malvasia nera di Lecce comprendente 4 cloni omologati (U.S. FI-PI 1, U.S. FI-PI 4 NP, U.S. FI-PI 7, MN-N 6) e due biotipi recuperati nella zona DOC Montecucco (GR); gruppo C Malvasia nera di Brindisi comprendente il clone UBA 69/34 EM e due biotipi reperiti rispettivamente in Toscana (GR) e Sardegna (CA); gruppo D a bacca aromatica composto da due biotipi di Malvasia di Candia aromatica ed uno di Malvasia rosa. Infine altre 6 accessioni di Malvasia, a bacca bianca e a bacca nera di provenienza diversa, sono apparse tra loro geneticamente disomogenee, e tra queste vi sono la Malvasia bianca di Candia, la Malvasia Istriana e una Malvasia proveniente dalle Isole Canarie e identificata come Malvasia di Lanzarote.
I risultati delle indagini molecolari evidenziano che la Malvasia nera di Lecce (in questo lavoro rappresentata dai cloni omologati in Toscana) è un vitigno differente dalla Malvasia nera di Brindisi (rappresentato dal clone UBA 69/34 EM), pur condividendo un elevato numero di alleli nei loci microsatelliti esaminati. Inoltre, in tutti i 10 loci microsatelliti esaminati la Malvasia bianca lunga condivide un allele con la Malvasia nera di Brindisi facendo presupporre un’eventuale relazione di parentela.
L’analisi delle caratteristiche ampelografiche della foglia adulta di alcune accessioni appartenenti ai principali gruppi di Malvasia individuati confermano i risultati delle indagini molecolari
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