Genetic diversity in V. vinifera and its impact on hosted microbiota

Abstract

Grapevine is one of the economically most valuable fruit crops in the world. Discrimination among grapevines based on agronomic traits and investigation of the role of genotype along with the environment and agronomic management on the composition of bacterial communities hosted by the vine plant is highly important in relation to yield and quality. Identification of grapevine varieties based on agronomic traits is essential to selection for cultivation and in a breeding program. These traits are under a complex genetic control for which different linked SSR markers have been previously identified. These markers combined with Ηigh-Resolution Melting (HRM) analysis were employed to examine, evaluate and compare the intravarietal genetic diversity among a big collection of grapevine varieties. The studied markers were highly polymorphic, displaying unique melting curves for unusually many samples than the expected in ordinary SSR analysis. Moreover, HRM proved to be powerful for distinguishing SSR genotypes. The results enable a better understanding of the variation and relationship among the studied varieties based on the markers related to agronomic traits and could provide a valuable reference for breeding programs targeting these traits.Bacterial communities in grapevines were recently reported to be influenced by Vitiscultivar and agronomic practices. The impact of Vitis cultivars, environment and agronomic management on the bacterial microbiome inhabiting those cultivars was performed using next-generation sequencing (NGS) in a metagenomics approach targeting the 16S rRNA gene. The results show that grapevines harbor a rich microbiota and display high bacterial biodiversity. Proteobacteria, Bacteroidetes and Actinobacteria were the most dominant phyla. Significant differences in diversity among the studied grapevines under the same terroir suggest that cultivar exerts selective pressure on bacterial diversity. On the other hand, different environments and agronomic management were related to significant differences in the bacterial community of a single variety. The metagenomic findings provide supportive evidence for the prevailing roles of cultivar, environment and crop management in the differentiation of Vitis associated microbiomes.

Η καλλιέργεια του αμπελιού είναι μια από τις οικονομικά πιο πολύτιμες καλλιέργειες φρούτων στον κόσμο. Η διάκριση μεταξύ των ποικιλιών αμπέλου με βάση τα αγρονομικά τους χαρακτηριστικά και η διερεύνηση του ρόλου του γενοτύπου, του περιβάλλοντος και της αγρονομικής διαχείρισης στη σύνθεση των βακτηριακών κοινοτήτων που φιλοξενούνται από το αμπέλι είναι εξαιρετικά σημαντικά σε σχέση με την απόδοση και την ποιότητα. Ο προσδιορισμός των ποικιλιών αμπέλου με βάση αγρονομικά χαρακτηριστικά είναι απαραίτητος τόσο για την καλλιέργεια όσο και σε προγράμματα βελτίωσης. Αυτά τα χαρακτηριστικά βρίσκονται υπό τον πολύπλοκο γενετικό έλεγχο για τον οποίο έχουν προηγουμένως ταυτοποιηθεί διαφορετικοί δείκτες SSR. Αυτοί οι δείκτες σε συνδυασμό με την ανάλυση καμπυλών τήξης υψηλής διάκρισης (HRM) χρησιμοποιήθηκαν για να εξετάσουν, να αξιολογήσουν και να συγκρίνουν την ενδοποικιλιακή παραλλακτικότητα μεταξύ μιας μεγάλης συλλογής ποικιλιών αμπέλου. Οι δείκτες που μελετήθηκαν ήταν πολυμορφικοί, εμφανίζοντας μοναδικές καμπύλες τήξης για ασυνήθιστα πολλά δείγματα από ό, τι αναμενόταν στην συνηθισμένη ανάλυση SSR. Επιπλέον, η HRM αποδείχθηκε ισχυρή για τη διάκριση των γενότυπων SSR. Τα αποτελέσματα επιτρέπουν την καλύτερη κατανόηση της παραλλακτικότητας και των σχέσεων μεταξύ των ποικιλιών που μελετήθηκαν βάσει των δεικτών αγρονομικών χαρακτηριστικών και θα μπορούσαν να παρέχουν μια πολύτιμη αναφορά για προγράμματα βελτίωσης που στοχεύουν αυτά τα χαρακτηριστικά. Το μικροβίωμα στα αμπέλια αναφέρθηκε πρόσφατα ότι επηρεάζεται από τις καλλιεργητικές και αγρονομικές πρακτικές του Vitis. Η επίδραση των ποικιλιών Vitis, του περιβάλλοντος και της αγρονομικής διαχείρισης του μικροβιώματος που κατοικούν σε αυτές τις ποικιλίες πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας αλληλουχία επόμενης γενιάς (NGS) σε μια προσέγγιση μεταγονιδιωματικής που στοχεύει το γονίδιο 16SrRNA. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα αμπέλια φιλοξενούν πλούσιο μικροβίωμα και παρουσιάζουν υψηλή βιοποικιλότητα. Τα πρωτεοβακτήρια, τα βακτηριοειδή και τα ακτινοβακτήρια ήταν τα κυρίαρχα είδη. Σημαντικές διαφορές στην ποικιλομορφία μεταξύ των αμπέλων που μελετήθηκαν κάτω από τις ίδιες συνθήκες υποδηλώνουν ότι η ποικιλία ασκεί επιλεκτική πίεση στη βακτηριακή ποικιλομορφία. Από την άλλη πλευρά, διαφορετικά περιβάλλοντα και αγρονομική διαχείριση σχετίζονται με σημαντικές διαφορές στην βακτηριακή κοινότητα μιας μόνο ποικιλίας. Τα μεταγονιδιωματικά ευρήματα παρέχουν υποστηρικτικά στοιχεία για τους σημαντικούς ρόλους της ποικιλίας, του περιβάλλοντοςκαι της διαχείρισης των αμπελώνων στη διαφοροποίηση των μικροβίων που σχετίζονται με την άμπελο.