Transcriptome and metabolite profiling reveal that spraying calcium fertilizer reduces grape berry cracking by modulating the flavonoid biosynthetic metabolic pathway

Resumo

A uva (Vitis vinifera L.) é uma das fruteiras mais cultivadas em todo o mundo. A quebra dos frutos durante o crescimento e desenvolvimento dos frutos afeta gravemente o rendimento e a qualidade, resultando em perdas econômicas significativas. Atualmente, a aplicação de fertilizantes de cálcio é usada para evitar rachaduras nos frutos. No entanto, os mecanismos pelos quais o tratamento com fertilizante de cálcio reduz a quebra dos frutos são pouco compreendidos. Para explorar isto, a transcriptómica e a metabolómica foram utilizadas para identificar os genes diferencialmente expressos (DEGs) e metabolitos diferencialmente abundantes em V. vinifera ‘90-1’. Descobrimos que as vias metabólicas secundárias foram enriquecidas durante os estágios de pintura e maturidade, incluindo a via de biossíntese de flavonóides. A análise de enriquecimento indicou que a maioria dos DEGs foi enriquecida na categoria funcional da biossíntese de flavonóides. Como os metabólitos secundários são em grande parte antioxidantes, a pulverização de fertilizantes de cálcio pode melhorar a capacidade antioxidante dos bagos, regulando genes relacionados à via do metabolismo dos flavonóides, reduzindo assim a ocorrência de rachaduras nos bagos.

Abstract

Grape (Vitis vinifera L.) is one of the most widely cultivated fruit crops globally. Fruit cracking during fruit growth and development severely affects yield and quality, resulting in significant economic losses. Currently, calcium fertilizer application is used to prevent berry cracking. However, the mechanisms by which calcium fertilizer treatment reduces berry cracking are poorly understood. To explore this, transcriptomics and metabolomics were used to identify the differentially expressed genes (DEGs) and differentially abundant metabolites in V. vinifera ‘90-1’. We found that secondary metabolic pathways were enriched during the veraison and maturity stages, including the flavonoid biosynthesis pathway. Enrichment analysis indicated that most of the DEGs were enriched in the functional category of flavonoid biosynthesis. As secondary metabolites are largely antioxidants, the spraying of calcium fertilizers may improve the antioxidant capacity of the berries by regulating genes related to the flavonoid metabolism pathway, thus reducing the occurrence of berry cracking.