Studio su 206 cloni di Riesling: i dati epigenomici spiegano meglio le variazioni da un anno all’altro

I ricercatori che studiano le viti di Riesling hanno riportato prove del fatto che i dati genetici ed epigenetici possono cogliere aspetti diversi delle variazioni annuali delle prestazioni in vigneto. La scoperta potrebbe in futuro aiutare breeder e viticoltori a selezionare cloni più costanti al variare delle condizioni.

Il lavoro è stato pubblicato in un preprint su bioRxiv venerdì 6 novembre e non è stato sottoposto a revisione paritaria. Lo studio è stato condotto da ricercatori della Hochschule Geisenheim University, in Germania, con la collaborazione di colleghi australiani e dell’Università di Hohenheim.

I ricercatori hanno analizzato 206 cloni di Riesling nell’arco di nove stagioni vegetative, esaminando caratteristiche legate sia alla produzione sia alla qualità del mosto. L’attenzione si è concentrata sull’interazione genotipo × ambiente, un problema di lunga data nelle colture perenni come la vite. In termini pratici, significa che un clone con buone prestazioni in un’annata potrebbe non ottenere lo stesso posizionamento in quella successiva, a causa dei cambiamenti meteorologici e di altre condizioni ambientali.

Il gruppo ha utilizzato un metodo chiamato UMR-seq, che ha permesso di ottenere profili genomici ed epigenomici abbinati a partire dalla stessa libreria di campioni. I dati genomici hanno rilevato le differenze nella sequenza del DNA, compresi gli SNP. Quelli epigenomici si sono concentrati sulle regioni non metilate, un segnale di metilazione del DNA che può riflettere cambiamenti nella regolazione genica senza modificare il codice genetico.

Utilizzando i due set di dati abbinati, i ricercatori hanno valutato quanto ciascun livello di informazione spiegasse le differenze tra i cloni e le variazioni nella risposta dei cloni da un’annata all’altra. Secondo il preprint, quando i modelli statistici non tenevano conto esplicitamente dell’interazione genotipo × ambiente, gli effetti ambientali e quelli residui rappresentavano la quota maggiore della variabilità nei caratteri misurati, mentre l’effetto clonale principale era relativamente contenuto. In questo contesto, le relazioni genomiche spiegavano la maggior parte della varianza clonale in quattro dei cinque caratteri studiati, e l’aggiunta di una matrice di relazioni epigenomiche cambiava poco i risultati.

Il quadro è cambiato quando i ricercatori hanno modellizzato più direttamente gli effetti dell’interazione specifici per annata. In queste analisi, il livello epigenomico rappresentava una quota consistente della varianza dell’interazione genotipo × ambiente e contribuiva più di quello genomico in quattro dei cinque caratteri, hanno scritto gli autori. Ciò suggerisce che l’epigenoma potrebbe essere particolarmente utile per capire perché uno stesso clone si comporti diversamente nelle varie stagioni.

Lo studio ha inoltre rilevato che i due livelli di dati non misuravano semplicemente la stessa cosa in modi diversi. Secondo gli autori, le relazioni genomiche ed epigenomiche coglievano schemi diversi nel riordino dei cloni da un’annata all’altra: ciascun livello individuava quindi variazioni distinte delle prestazioni relative al mutare delle condizioni stagionali. Mappando sulle finestre genomiche gli effetti stimati più marcati, il gruppo ha osservato che i segnali genomici ed epigenomici più forti tendevano a concentrarsi in regioni diverse, con una sovrapposizione non superiore a quella attesa per caso.

I risultati non dimostrano che i soli marcatori epigenetici possano predire prestazioni stabili in vigneto, né il preprint propone uno strumento diretto per selezionare i cloni. Indicano tuttavia una possibile via per migliorare la selezione nelle colture propagate per via clonale, combinando le informazioni genomiche tradizionali con i dati epigenomici, soprattutto nei contesti in cui la variabilità annuale rappresenta un problema rilevante.

Questa possibilità è importante anche al di là della teoria del miglioramento genetico vegetale. Nella produzione vinicola, le oscillazioni stagionali possono influire sia sulle rese delle uve sia sulla composizione del mosto, due fattori che incidono sull’offerta e sulla qualità. Se studi futuri confermeranno che i dati epigenomici aiutano a individuare cloni dalle prestazioni più costanti in condizioni variabili, breeder e vivai potrebbero un giorno utilizzare queste informazioni per orientare le scelte clonali nei vigneti esposti a condizioni meteorologiche instabili. Qualsiasi applicazione di questo tipo resta ipotetica e dovrebbe essere convalidata al di là di questo preprint.

L’articolo inquadra i risultati nella più ampia sfida del miglioramento genetico delle colture perenni. Poiché la vite si propaga per via clonale e rimane in campo per molti anni, le decisioni di selezione possono essere costose e difficili da rivedere. Un clone promettente in una prova limitata potrebbe non garantire gli stessi risultati nel tempo se le sue prestazioni sono molto sensibili alle condizioni annuali. Per questo, comprendere i fattori che determinano la stabilità nel corso degli anni è una questione centrale per la viticoltura e il miglioramento genetico della vite.

Gli autori hanno affermato che i risultati forniscono una base per indagare i fattori molecolari alla base dell’interazione genotipo × ambiente e per verificare se le informazioni genomiche ed epigenomiche possano migliorare la selezione dei cloni in ambienti variabili. Lo studio non chiarisce quanto a lungo persistano i segnali epigenomici né quanto i risultati siano applicabili al di là del Riesling, del singolo sito o dei caratteri esaminati. Resta inoltre da stabilire se si osserverebbero schemi analoghi in altre varietà di uva o in altre colture perenni.

Il lavoro contribuisce comunque al crescente interesse per il possibile ruolo della variabilità epigenetica nello spiegare caratteristiche agricole che i marcatori genetici standard non riescono a cogliere del tutto. In questo caso, il messaggio principale del preprint non è che l’epigenomica sostituisca la genomica, ma che i due livelli sembrano descrivere componenti diverse delle prestazioni. Nella maggior parte dei caratteri, le relazioni genomiche fornivano informazioni più utili sugli effetti clonali principali, mentre quelle epigenomiche risultavano più informative per una quota consistente degli schemi di interazione tra un’annata e l’altra.

Poiché l’articolo è ancora un preprint, i metodi e l’interpretazione non sono stati ancora valutati attraverso la revisione paritaria. Il set di dati è comunque insolitamente ampio per uno studio sui cloni in vigneto: comprende 206 cloni di Riesling osservati in nove stagioni e offre una prima indicazione di come le misurazioni genomiche ed epigenomiche abbinate possano essere utilizzate per studiare nel tempo l’instabilità della produzione viticola.