Metabolic and transcriptional changes associated with the use of Ascophyllum nodosum extracts as tools to improve the quality of wine grapes (Vitis vinifera cv. Sangiovese) and their tolerance to biotic stress

Resumo

Estudos recentes relatam que os extratos de Ascophyllum nodosum, uma vez aplicados no dossel de diferentes culturas, apresentam efeitos positivos, aumentando o rendimento, induzindo tolerância ao estresse biótico e melhorando a qualidade dos produtos. No entanto, os mecanismos de ação ainda não estão claros. Nesta pesquisa, as videiras submetidas a múltiplas aplicações foliares de um extrato de A. nodosum (ANE) em doses indicadas no rótulo foram comparadas com as videiras não tratadas (NTV) de acordo com uma abordagem comparativa. A investigação combinou um experimento de campo com um segundo ensaio conduzido em condições semi-controladas, para esclarecer os mecanismos de ação envolvidos. O bioestimulante não afetou os sólidos solúveis nem a acidez das uvas; em vez disso, melhorou as concentrações de antocianinas e fenólicos e os respectivos perfis. No momento da colheita, a concentração de antocianinas e fenólicos aumentou 10,4% e 14,5%, respectivamente, quando comparada ao NTV. Esses efeitos correlacionaram-se com uma modulação específica de genes envolvidos nas vias metabólicas dos flavonoides. Além disso, as uvas das vinhas ANE testemunharam uma redução significativa na propagação do mofo cinzento quando avaliadas em condições de campo ou in vitro, em comparação com as uvas das vinhas NTV. Isso foi relacionado a uma regulação positiva significativa dos genes relacionados à defesa da planta. No geral, os resultados mostraram que os extratos de A. nodosum podem ser ferramentas valiosas na viticultura, considerando o surgimento de condições ambientais desafiadoras; assim, a regulação de vias metabólicas específicas é o mecanismo de ação que leva a uma maior tolerância ao estresse biótico e às mudanças no conteúdo dos metabólitos da uva.

Abstract

Recent studies report that Ascophyllum nodosum extracts, once applied on the canopy of different crops, deliver positive effects, increasing yield, inducing tolerance to biotic stress, and improving the quality of products. However, the mechanisms of action are still unclear. In this research, vines subjected to multiple foliar applications of an A. nodosum extract (ANE) at label doses were compared with untreated vines (NTV) in accordance with a comparative approach. The investigation coupled a field experiment with a second trial conducted under semi-controlled conditions, to clarify the mechanisms of action involved. The biostimulant did not affect soluble solids or the acidity of grapes; instead, it improved their anthocyanin and phenolic concentrations and the respective profiles. At the time of harvest, anthocyanin, and phenolic concentration were increased by 10.4% and 14.5%, respectively, when compared to the NTV. These effects correlated with a specific modulation of genes involved in the flavonoid metabolic pathways. Moreover, grapes from ANE vines witnessed a significant reduction in the spreading of gray mold when they were either assessed in field conditions or in vitro, compared to the grapes of NTV vines. This was related to a significant upregulation of the defense-related genes of the plant. Overall, the results showed that A. nodosum extracts can be valuable tools in viticulture considering the emergence of challenging environmental conditions; hence, the regulation of specific metabolic pathways is the mechanism of action that leads to an increased tolerance of biotic stress and of changes in the content of grape metabolites.