Un grupo de científicos mendocinos de Vivero Mercier Argentina, el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (Conicet), la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo), el Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA), en colaboración con el Instituto de Ciencias de la Vid y el Vino (ICVV) de La Rioja, España, investigaron la variación genética natural en la tasa de cuajado de frutos entre clones de vid Malbec. En el estudio recientemente publicado en la revista BMC Plant Biology se concluye que una de las causas que genera diferencias en la productividad de los distintos clones de Malbec está relacionada con las flores. Este descubrimiento es un gran avance para el desarrollo de estrategias sustentables que garanticen la cantidad y la calidad de producción de vid en un contexto de cambio climático.
Un nuevo estudio científico de investigadores mendocinos y españoles fue publicado en la revista BMC Plant Biology. Titulado «Variación genética natural en la tasa de cuajado de frutos entre clones de vid Malbec (Vitis vinifera L.)», el grupo de profesionales a cargo de la investigación está conformado por: Luciano Calderón, Silvina van Houten, Claudio Muñoz, Tomás Oroño, Diana Segura, Natalia Carrillo y Diego Lijavetzky (del Instituto de Biología Agrícola de Mendoza (IBAM CONICET-UNCuyo); Laura Bree, Daniel Bergamín y Cristóbal Sola (de Vivero Mercier Argentina); Sebastián Gómez-Talquenca (del INTA EEA Mendoza); José Miguel Martinez-Zapater y Javier Tello (del ICVV, España).
En el mismo se explica la existencia de una gran variación natural entre clones de Malbec para la tasa de fructificación y por lo tanto, en el rendimiento. La tasa de cuajado determina cuántas bayas existirán en los racimos de una planta de vid, afectando directamente a la productividad. Por lo tanto, entender la bases genéticas de por qué determinadas plantas producen más uvas que otras es de suma importancia para la industria vitivinícola.
En el trabajo publicado se reporta que una de las causas que genera diferencias en la productividad de los distintos clones de Malbec está relacionada con las flores. Al parecer, ciertos clones podrían haber sufrido mutaciones (modificaciones) en su ADN que afectarían al correcto desarrollo y funcionalidad de sus flores, disminuyendo así su tasa de cuajado y su productividad.
Variación genética natural en la tasa de cuajado de frutos entre clones de vid Malbec
Una producción estable de frutos de buena calidad es siempre el objetivo de los productores de uva. Por lo tanto, es clave entender cómo diferentes factores afectan el rendimiento y la calidad en la vid. El número de bayas por racimo es uno de los principales componentes que explican la variación estacional del rendimiento. Este rasgo es el resultado de una serie de mecanismos complejos (es decir, polinización, fertilización y cuajado de frutos) que determinan en última instancia el desempeño reproductivo general de una planta.
El cuajado de frutos es la transformación del ovario quiescente de la flor en una baya en crecimiento activo. En consecuencia, la tasa de cuajado mide la proporción de flores que se han transformado en bayas dentro de la misma inflorescencia/racimo, tras la realización exitosa de la polinización y la fertilización. En la vid, la tasa de cuajado queda completamente determinada una o dos semanas después de la floración, ya que la caída tardía de bayas recién cuajadas es poco frecuente.
No obstante, existen diversos trastornos reproductivos (como el corrimiento y el millerandage) que pueden ocurrir durante y después de la floración, y que pueden reducir el número final de bayas completamente desarrolladas con semillas en un racimo. El corrimiento (también conocido como “shatter”) ocurre cuando un número excesivo de flores o bayas recién cuajadas se caen, produciendo un bajo número de bayas con semillas y de tamaño normal en el racimo maduro.
El millerandage describe la situación en la que se observa un número excesivo de bayas pequeñas sin semillas y/o ovarios verdes vivos (LGOs, por sus siglas en inglés) en el racimo maduro, en comparación con el número de bayas normales con semillas. Por ello, se han propuesto índices específicos para una descripción más precisa y cuantitativa de estos trastornos.
Diversos factores afectan la tasa de cuajado y los rasgos relacionados al cuajado en la vid, incluyendo las condiciones climáticas predominantes durante etapas fenológicas clave. Por ejemplo, eventos de altas temperaturas durante la formación de yemas inducen un menor número de flores por inflorescencia, mientras que condiciones de frío en la época de floración reducen las tasas de fertilización y polinización. El cuajado también se ve afectado por factores ambientales asociados con la nutrición del suelo y la salinidad del suelo.
Para superar estas dificultades, se han probado diferentes prácticas culturales para aumentar la producción de uva, incluyendo el suministro de nitrógeno o el uso de reguladores del crecimiento. También se han utilizado prácticas como el despunte de brotes, la poda tardía, así como el anillado del tronco y de los brotes. Aunque se ha demostrado que estas prácticas son efectivas para mejorar la tasa de cuajado y el rendimiento en la vid, también son laboriosas y costosas.
Las variedades de vid difieren en su tasa de cuajado y desempeño reproductivo. Esta variación dependiente del cultivar se mantiene en diferentes regiones de cultivo y estaciones, lo que evidencia el control genético que regula estos rasgos. Las variedades de vid son organismos altamente heterocigotos que deben propagarse clonalmente para preservar sus atributos varietales. Durante este proceso, pueden ocurrir mutaciones somáticas espontáneas que generen cambios fenotípicos, potencialmente relevantes para la mejora del cultivar, incluyendo rasgos relacionados con el rendimiento.
Por lo tanto, es importante explorar la variación natural disponible en las colecciones de material vegetal. Dichas exploraciones permitirían seleccionar el material vegetal adecuado (es decir, clon, variedad) para mitigar condiciones climáticas que limitan el rendimiento, de una manera más sostenible. Además, identificar y comparar individuos con fenotipos extremos puede ser útil para desentrañar las causas moleculares que subyacen a la variación observada en características agronómicamente relevantes.
En este trabajo, analizaron la variación natural intra-varietal para la tasa de cuajado y otros rasgos relacionados dentro de la variedad Malbec. La evaluación de una gran colección de clones reveló un amplio rango de diversidad intra-varietal. El enfoque implementado permitió identificar varias variantes somáticas de interés, y se plantea la hipótesis de que mutaciones específicas de cada clon que afectan el desarrollo y la funcionalidad de las flores podrían ser responsables de las diferencias observadas en el desempeño reproductivo y el rendimiento.
Materiales y métodos
Se analizaron 25 clones de Malbec, cada uno representado por tres plantas diferentes (réplicas biológicas). Todas las plantas están cultivadas en el mismo viñedo experimental en Vivero Mercier Argentina (Perdriel, Mendoza, Argentina; −33.09° S, −68.87° O), donde fueron plantadas en 2001. El viñedo experimental se encuentra bajo las mismas condiciones ambientales y se mantiene con prácticas culturales homogéneas.
El viñedo está ubicado en un suelo franco limoso, plantado siguiendo filas orientadas de norte a sur (2 m entre filas y 1 m entre plantas). Las vides están conducidas en cordón bilateral y protegidas con mallas anti-granizo (polietileno blanco). El viñedo se riega por goteo hasta la capacidad del suelo, con 5 mm/día entre octubre-noviembre y febrero-abril, y 7 mm/día durante diciembre-enero (cuando se registran las temperaturas más altas en el sitio experimental). La identidad varietal de todos los clones evaluados fue determinada previamente, y se les asignó un genotipo clonal, como se indica en la Tabla Suplementaria 1.
Se evaluó el estado sanitario de todas las plantas analizadas, dado que ciertas combinaciones de virus se sabe que reducen el desempeño reproductivo y el rendimiento. Se testeó la presencia de los nueve virus de vid reportados con mayor frecuencia en la región de Mendoza (GLRaV-1 a 4, GVA, GVB, GFKV, RASPaV y GFLV). Para cada clon, se aisló ARN total de cada una de las tres réplicas biológicas y se combinó en una muestra compuesta para el análisis de qRT-PCR. Sólo en caso de obtener un resultado positivo, se analizaron por separado las tres muestras individuales.
Resultados
Tasa de cuajado de frutos, desempeño reproductivo y características relacionadas con el rendimiento exhiben una amplia variación clonal en Malbec: Todas las muestras compuestas resultaron positivas para RSPaV, considerado un virus altamente prevalente pero benigno en la región de Mendoza. Sólo cuatro clones (MB-46, MB-509, MB-598 y MB-712) mostraron resultados positivos para otros virus. El análisis individual de las tres plantas de estas cuatro muestras reveló resultados positivos en dos plantas diferentes del clon MB-46. En cuanto a MB-509, MB-598 y MB-712, solo una planta resultó positiva únicamente para el virus GFkV. Dado que ninguno de los 25 clones resultó positivo para una combinación de virus que pudiera comprometer su desempeño reproductivo, todos fueron considerados para evaluaciones fenotípicas.
La evaluación fenotípica de 25 clones de Malbec reveló una amplia gama de variación para todos los caracteres analizados, tanto entre estaciones como dentro de ellas. Como se esperaba, se observaron diferencias en las tasas de cuajado de frutos al comparar los valores promedio entre estaciones, siendo 38.4 ± 15% en 2021/22 y 32.1 ± 10% en 2022/23 (Fig. 1).
Dentro de cada estación, la tasa de cuajado exhibió alta variación clonal, con rangos de 13.1% (MB-715) a 65.8% (MB-508) en 2021/22, y de 9.8% (MB-510) a 50.1% (MB-508) en 2022/23. El número promedio de flores por inflorescencia en 2022/23 fue de 260.2 ± 82, ligeramente superior al observado en 2021/22 (201.2 ± 77).
El número de flores por inflorescencia también mostró un alto nivel de variación clonal dentro de cada estación, oscilando entre 112.4 ± 4.4 (MB-509) y 360.5 ± 15.8 (MB-46) en 2021/22, y entre 153.9 ± 8.6 (MB-713) y 501.9 ± 18.4 (MB-42) en 2022/23.
El número promedio de bayas por racimo fue de 77.2 ± 29 en 2022/23, superior al de 2021/22 (70.1 ± 30.1). El número de bayas por racimo también mostró una amplia variación clonal dentro de cada estación, que varió desde 30.9 ± 10.5 (MB-715) hasta 141 ± 47.1 (MB-46) en 2021/22, y desde 23.1 ± 13.2 (MB-510) hasta 140.4 ± 30.5 (MB-46) en 2022/23. A pesar de las diferencias interanuales, se observaron correlaciones positivas y significativas entre los caracteres (Fig. S2).
Se realizaron análisis multivariados para cada temporada, incluyendo todos los clones evaluados y basados en tres variables de interés: tasa de cuajado de frutos, flores por inflorescencia y bayas por racimo. El peso del racimo fue excluido de los análisis multivariados debido a su correlación total con el número de bayas por racimo (r = 1) (Fig. S2). Las pruebas de ACP (Análisis de Componentes Principales) arrojaron resultados similares en ambas temporadas (Fig. 2). La primera componente principal (PC-1) explicó el mayor porcentaje de la varianza y estuvo positivamente asociada con el número de bayas por racimo (BN). La segunda componente principal (PC-2) mostró la relación inversa entre la tasa de cuajado (FS) y el número de flores por inflorescencia (FN).
Además, los análisis HCPC (Clustering Jerárquico en Componentes Principales) mostraron que los 25 clones se agruparon consistentemente en tres grupos. Según el código de colores en la Fig. 2, los grupos amarillo y morado incluyeron diez clones cada uno, mientras que el grupo verde incluyó cinco clones. De acuerdo con la alta correlación observada para todos los caracteres evaluados (Fig. S2), la mayoría de los clones mantuvo una asignación de grupo consistente entre temporadas (Fig. 2). Solo cuatro clones (MB-714, MB-504, MB-511 y MB-136S) cambiaron de grupo entre temporadas (Fig. 2 y Tabla Suplementaria 1).
Los análisis de Anova también revelaron resultados consistentes entre los tres grupos de clones para los valores promedio de las características evaluadas, aunque algunas diferencias entre grupos no fueron estadísticamente significativas (Fig. 3). El grupo verde de clones presentó el mayor número promedio de flores por inflorescencia en ambas temporadas (323.9 ± 49 y 403.6 ± 61 en 2021/22 y 2022/23, respectivamente), seguido por los grupos amarillo (189.2 ± 48 y 233.3 ± 29) y morado (148.8 ± 32.6 y 215.4 ± 33.6) (Fig. 3).
Los tres grupos también mostraron un comportamiento consistente en la tasa de cuajado de frutos en ambas temporadas, donde el grupo morado presentó los valores promedio más altos (54.7 ± 9% en 2021/22 y 43.2 ± 4% en 2022/23), seguido por el grupo verde (39.2 ± 8% y 28.5 ± 4%) y el grupo amarillo (25.2 ± 6% y 21.56 ± 6%) (Fig. 3).
En cuanto al número de bayas por racimo, el grupo verde de clones exhibió los valores promedio más altos en ambas temporadas (114.9 ± 21 en 2021/22 y 112.5 ± 26 en 2022/23), seguido por los grupos morado (77.1 ± 18 y 89.2 ± 16) y amarillo (46.4 ± 11 y 48.5 ± 11) (Fig. 3). De acuerdo con esta observación, el grupo verde de clones presentó el valor promedio más alto para el peso total del racimo, seguido por los grupos morado y amarillo (Fig. S3).
Los clones de Malbec con rendimiento reproductivo reducido mostraron alteraciones en el desarrollo y/o la funcionalidad de sus flores: Los resultados obtenidos en 2023/24 para MB-505, MB-508, MB-510 y MB-515 fueron consistentes con las observaciones de temporadas anteriores. Encontramos que estos cuatro clones no difieren significativamente en el número de flores por inflorescencia, pero MB-505 y MB-508 presentaron tasas de cuajado y número de bayas por racimo más altas que MB-510 y MB-515 (Fig. 4A). Tanto MB-510 como MB-515 mostraron índices significativamente mayores de coulure y millerandage que MB-505 y MB-508, debido a su mayor número de bayas sin semillas y LGOs (Fig. 4B).
El número de ovarios caídos (es decir, flores no fertilizadas) también fue mayor en MB-510 y MB-515 que en MB-505 y MB-508 (Fig. 4B). En consecuencia, MB-505 y MB-508 presentaron valores significativamente más altos de peso y compactación del racimo que MB-510 y MB-515 (Fig. 4B). Por último, el número de semillas por baya no difirió significativamente entre estos cuatro clones, pero las semillas de MB-510 y MB-515 fueron significativamente más livianas y exhibieron un mayor índice de flotabilidad que las de MB-505 y MB-508 (Fig. 4B).
Las evaluaciones de viabilidad del polen no revelaron diferencias significativas entre los dos clones de alto rendimiento (MB-505 y MB-508) y el clon de bajo rendimiento MB-515, pero sí se observaron diferencias significativas con MB-510 (Fig. 4B). De hecho, MB-510 fue el único con una viabilidad del polen marcadamente baja (65.0 ± 9.5%) cuando evaluamos este carácter en los 25 clones de Malbec (Fig. S4). Al mismo tiempo, observamos algunas posibles limitaciones en la liberación del polen en MB-510, evidenciadas por la escasez de granos de polen observados en las preparaciones teñidas con Alexander (Fig. 5C).
La inspección visual de las flores de los clones MB-505, MB-508, MB-510 y MB-515 reveló algunas anomalías estructurales y funcionales, particularmente en los clones con rendimiento reproductivo reducido. En este sentido, MB-505 y MB-508 mostraron las estructuras típicas esperadas en las flores hermafroditas de vides cultivadas, con cinco estambres que presentaban filamentos completamente erguidos con anteras dehiscentes, y un pistilo de forma y tamaño regulares (Fig. 5A y B).
Por otro lado, encontramos que más del 54% de las flores de MB-510 presentaron anteras semicerradas y/o completamente indehiscentes (Fig. 5C). Esto se evidenció en la baja cantidad de granos de polen observados durante los análisis de viabilidad del polen (Fig. 5C). La indehiscencia de las anteras se mantuvo durante todo el período de floración para MB-510, incluso hasta la senescencia floral (datos no mostrados).
Además, MB-515 mostró una alta incidencia de flores con fenotipos aberrantes. Las observaciones visuales revelaron que el 52% de sus flores presentaron una o varias combinaciones de estructuras florales anormales. Entre ellas se observaron flores con estambres arrugados y/o semi-reflejados, flores con estambres y carpelos fusionados, flores con desarrollo aberrante del carpelo y del nectario, y flores con un número inusual de estambres (cuatro o seis) (Fig. 5D). Sin embargo, las flores de MB-515 no mostraron problemas aparentes en su sistema reproductivo masculino, ya que ni la liberación de polen ni su viabilidad parecieron estar afectadas en comparación con otros clones (Figs. 4B y 5).
Discusión
Los clones de Malbec exhiben una amplia gama de variación genética natural en la tasa de cuajado de frutos: La evaluación precisa de la tasa de cuajado de frutos en vides requiere una evaluación exacta tanto del número de flores como del número de bayas en la misma inflorescencia/racimo. Mientras que el conteo manual de bayas es sencillo, el conteo manual de flores es una tarea que consume mucho tiempo cuando se deben analizar muchas muestras. Aquí, utilizamos un enfoque semi-automatizado personalizado para estudiar una gran colección de clones. Mediante este enfoque, exploramos la tasa de cuajado de frutos en Malbec considerando tanto la variación clonal como la interanual.
Las evaluaciones se realizaron en Mendoza (Argentina), la región con la mayor superficie de viñedos de Malbec del mundo. Trabajos previos catalogaron al Malbec como un cultivar de cuajado medio a pobre (con valores cercanos al 30%), basados en pocas observaciones obtenidas en viñedos de California (EE. UU.) y en Logroño (España). Se informaron tasas de cuajado similares en un viñedo comercial de Malbec en el Valle de Uco (Mendoza, Argentina). En concordancia con informes anteriores, la tasa promedio de cuajado estimada aquí para 25 clones varió entre el 30% y el 40%, lo que está ligeramente por debajo del valor de cuajado considerado normal para cultivares de vid destinados a vino (50%). Por lo tanto, nuestros resultados confirman que Malbec es un cultivar con cuajado reducido, similar a otros cultivares de vino de relevancia internacional como Cabernet Sauvignon y Merlot.
Una contribución significativa de este trabajo es el hallazgo de una amplia variación fenotípica dentro de los clones de Malbec para rasgos de interés agronómico que tienen un impacto directo en el rendimiento estacional. Encontramos clones con tasas de cuajado de fruto muy bajas (menos del 10%), mientras que otros presentaron valores superiores al 60%. Se han observado rangos similares de variación en el cuajado al comparar diferentes cultivares de vid. Aquí, también reportamos una gran variación en otros rasgos relacionados, como el número de flores por inflorescencia y el número de bayas por racimo.
Al mismo tiempo, los clones mostraron un desempeño consistente entre temporadas, lo que confirma el fuerte control genético que determina los rasgos relacionados con el cuajado de frutos. Amplios rangos de variación clonal en el cuajado de frutos se han reportado previamente en otros cultivares, como Garnacha Tinta y Tempranillo Tinto. Todos estos hallazgos indican que la tasa de cuajado depende no solo del cultivar, sino también del clon. Tal variación es un recurso valioso para que los viticultores adapten sus prácticas a las necesidades del mercado y enfrenten los desafíos relacionados con el cambio climático.
Los análisis multivariados dividieron los 25 clones en tres grupos con características fenotípicas similares, con poco impacto de la variación estacional (Fig. 2). Dentro de ellos, el grupo verde estuvo consistentemente conformado por los mismos cinco clones en las dos temporadas evaluadas. Estos clones tuvieron el mayor número de bayas por racimo. Según un estudio genotípico previo, estos cinco clones pertenecen a la misma línea clonal, con una corta historia de propagación vegetativa en Argentina (Tabla Suplementaria 1) que se remonta a la década de 1990 (C. Sola, comunicación personal).
Estos hallazgos respaldan el origen común de estos clones, que han pasado por criterios de selección similares. Estos cinco clones fueron originalmente prospectados por ENTAV-INRA® durante la década de 1970 en viñedos antiguos del suroeste de Francia (https://www.plantgrape.fr/), cuando el objetivo de los programas de selección clonal era obtener plantas libres de virus y de alto rendimiento. Por lo tanto, el alto desempeño reproductivo observado en estos cinco clones podría reflejar esos primeros objetivos de selección clonal.
Por otro lado, los grupos amarillo y púrpura agruparon clones de Malbec que no difirieron significativamente en su número de flores por inflorescencia. Estos clones fueron prospectados durante la década de 1990 en viñedos de la región de Mendoza. Estas prospecciones siguieron un programa de selección enfocado en encontrar clones de bajo rendimiento con óptima composición de frutos (C. Sola, comunicación personal) para la elaboración de vinos de alta calidad. En concordancia con estos objetivos de selección, los clones de los grupos púrpura y amarillo presentaron un menor número de flores y bayas por racimo que los clones del grupo verde. Curiosamente, los grupos púrpura y amarillo estuvieron sobrerrepresentados por genotipos de la línea clonal de Malbec con una larga historia de propagación vegetativa en Argentina (Tabla Suplementaria 1).
Este hallazgo indica que la propagación vegetativa del Malbec en Argentina ha generado variaciones somáticas con impacto en su desempeño reproductivo y rendimiento. En conjunto, la combinación de datos genéticos y fenotípicos reveló los objetivos contrastantes buscados en los programas de selección clonal (alto rendimiento vs. calidad del fruto) emprendidos en Francia y Argentina en distintas épocas.
Variaciones somáticas que afectan la funcionalidad y desarrollo de las flores podrían explicar las bajas tasas de cuajado en clones de Malbec: Las variaciones genéticas que afectan la tasa de cuajado pueden deberse a diferentes factores, incluyendo la viabilidad y germinación de gametos. Tanto el polen como los óvulos deben ser viables para activar el desarrollo de semillas y bayas. Aquí, las evaluaciones de viabilidad del polen indicaron que la mayoría de los clones de Malbec tuvieron valores superiores al 75%, suficientes para asegurar procesos adecuados de fertilización. Solo MB-510 presentó un valor significativamente más bajo (65,0 ± 9,5%), lo que podría ser el principal factor que limita su desempeño reproductivo.
No obstante, este valor de viabilidad podría no ser lo suficientemente bajo como para explicar su reducida tasa de cuajado, ya que se necesita solo un grano de polen viable para fertilizar cada óvulo. De manera interesante, también se observó que MB-510 tenía deficiencias en la liberación de polen, probablemente debido al alto porcentaje de flores con anteras indehiscentes o parcialmente abiertas. Además, las características del polen de MB-515 fueron bastante normales y no diferían de las de los clones de alto cuajado utilizados como control (MB-505 y MB-508).
Sin embargo, la causa subyacente de su capacidad reducida para cuajar frutos podría estar en la alta proporción de flores aberrantes detectadas. Las flores de Malbec presentan las estructuras florales típicas de la mayoría de las vides cultivadas. En MB-515, encontramos múltiples estructuras florales anómalas, incluyendo estambres con filamentos reflejados, semi-reflejados y/o arrugados. Estos tipos son comunes en flores de individuos femeninos de V. vinifera ssp. sylvestris, que usualmente producen polen no viable y/o en menor cantidad que las flores hermafroditas. No obstante, la formación y el desarrollo del polen no parecen estar afectados en MB-515, y no detectamos diferencias en las principales características (viabilidad y abundancia) del polen obtenido de flores normales y aberrantes de MB-515 (datos no mostrados).
En conjunto, MB-510 y MB-515 exhiben algunas limitaciones genéticamente determinadas para cuajar frutos, lo cual reduce finalmente el número de bayas y semillas completamente desarrolladas al momento de la cosecha, y disminuye la compacidad del racimo y el rendimiento. Además, las bayas de MB-510 y MB-515 presentaron un alto porcentaje de semillas flotantes, otra evidencia de disfunciones reproductivas. Sin embargo, los mecanismos genéticos y moleculares responsables de este efecto fenotípico convergente probablemente difieren en ambos clones.
En este sentido, sería interesante analizar si los mecanismos moleculares descritos previamente en variantes somáticas de vid con fertilidad masculina alterada también están presentes en MB-510. De igual manera, las flores de MB-515 muestran algunas de las alteraciones florales previamente descritas en una variante somática del cultivar Bouchalès con estructuras anormales de pétalos y estambres. Este fenotipo se asoció a un patrón de expresión alterado del gen VvPI (también conocido como VvMADS9), un factor de transcripción que regula las etapas tempranas de diferenciación y desarrollo floral en vid. Por lo tanto, la evaluación de los niveles de expresión de VvPI y otros genes homeóticos florales podría ser útil para revelar su participación en las inusuales estructuras florales observadas en MB-515.
Ver informe completo en inglés: AQUÍ
