Wykorzystanie różnorodności gatunkowej winorośli w celu adaptacji do różnych warunków środowiska

Winorośl (Vitis vinifera L.) jest jedną z najważniejszych roślin uprawnych na świecie. W skali globalnej obszar winnic wynosi ok. 8 milionów hektarów (mln ha), głównie w Europie (4.6 mln ha, wliczając były ZSRR), zachodniej Azji (wliczając w to Turcję - 0.5 mln ha i Iran - 0.3 mln ha), w obu Amerykach (1 mln ha) i w Australii. Większość winogron (72%) przeznaczona jest do produkcję wina, choć winogrona stołowe do spożycia na świeżo (27%) i rodzynki (1%), stanowią ważną część produkcji w niektórych krajach.

Winorośl była uprawiana już kilka tysięcy lat temu w okolicach Kaukazu i  Morza Czarnego. Na rysunkach przedstawiono zasięg występowania dzikiej winorośli (Vitis vinifera silvestris – obszar zaznaczony kolorem czarnym) oraz pierwotne i wtórne ośrodki jej udomowienia (Vitis vinifera ssp. Sativa – obszary zaznaczone różnymi kolorami). Zasięg występowania dzikiej winorośli (Vitis vinifera  subspecies silvestris), z którego otrzymano uprawne formy (Vitis vinifera subspecies sativa), szczególnie w pierwszych etapach historii uprawy winorośli obejmował południową Europę, a w szczególności regiony – Śródziemnomorski, Anatolii, Kaukazu i Morza Kaspijskiego. Za pierwotne centra udomowienia winorośli, oraz centra różnorodności udomowionych form, uważane są - południowy Kaukaz i wschodnia Anatolia. Zakłada się, że z tych regionów uprawne formy Vitis vinifera przemieszczały się w kierunku zachodnim. Późniejsze centra udomowiania były zlokalizowane wzdłuż całego obszaru występowania dzikiej winorośli. W miejscach tych wyhodowano tysiące odmian winorośli o szerokim zakresie cech fenotypowych. Od tego czasu wino (a z nim winorośl) rozprzestrzeniało się w świecie jako napój spotkań towarzyskich oraz ważna część diety. Europa jest najważniejszym regionem produkcji wina na świecie. Łączna produkcja Włoch, Francji i Hiszpanii przekracza obecnie 60% światowej produkcji wina. Należy dodać, że Portugalia, Niemcy, Grecja, Rosja i Rumunia są również ważnymi producentami win.

W związku z ewolucją systemów uprawy winorośli i produkcji wina w minionym wieku oraz rozwojem narodowych i coraz bardziej zglobalizowanych rynków, obecnie uprawa winorośli opiera się na bardzo wąskim zakresie odmian, w porównaniu z dużą różnorodnością genetyczne, która charakteryzowała uprawę winorośli w przeszłości. Ponadto, różnorodność uprawianych dziś odmian została drastycznie zmniejszona z powodu głębokiej transformacji w uprawie winorośli (przyspieszonej przez inwazję szkodników i chorób przeniesionych z Ameryki Północnej do Europy), a także przez tendencje globalizacyjne producentów win. Warto również wspomnieć o politycznej niestabilności i słabej kondycji ekonomicznej państw w regionach uważanych za pierwotne centra udomowienia winorośli.

Ekspansja ludzkiej populacji niszczy różnorodność genetyczną na całym świecie, co oznacza stałe znikanie genów i wariantów genów z puli genowej zarówno pierwotnych, jak i wtórnych ośrodków udomowiania winorośli. Zmniejsza to zdolność gatunku do nowych wyzwań. Takimi wyzwaniami mogą być pojawienie się nowych chorób i szkodników oraz zmieniające się warunki ekologiczne i klimatyczne. Zachowanie różnorodności ma również wielkie znaczenie gospodarcze, gdyż większe zasoby genetyczne oznaczają stabilność gospodarki przez zapewnienie bezpiecznej produkcji w sposób ciągły oraz właściwą odpowiedź na wymagania przemysłu rolniczego. Dlatego ochrona zasobów genetycznych jest konieczna, a dobrze rozwinięty system ochrony zasobów genetycznych oznacza, że będziemy gotowi stawić czoła licznym wyzwaniom, które mogą powstać w przyszłości.

Uprawa winorośli zużywa w cyklu produkcyjnym najwięcej chemicznych środków ochrony roślin ze wszystkich upraw ogrodniczych w UE (~ 20 kg aktywnych substancji/ha rocznie). Stąd, tworzenie wysokiej jakości odmian winorośli, z większą tolerancją na zmiany klimatyczne, szkodniki i choroby jest bardzo pilne, aby umożliwić uprawianie winorośli przy mniejszej ilości pestycydów i tym samym zachować czystsze środowisko, zdrowsze owoce oraz zwiększoną  stabilną  produkcję przy mniejszych kosztach.

Mimo, że zmienność genetyczna jest podstawą w dostosowaniu upraw do różnych wyzwań, ponad 95% uprawianych na świecie winorośli (prawie 100% w Europie) należy do grupy odmian ściśle związanych z rodziną - Vitis vinifera L. ssp. sativa (DC) Hegi, która reprezentuje tylko małą część dostępnej różnorodności genetycznej winorośli. Część tej dużej niewykorzystanej zmienności genetycznej jest ukryta w odmianach niedocenianych przez wieki, już prawie zapomnianych i nigdy nie wprowadzonych do jakichkolwiek programów hodowlanych lub selekcyjnych.

Z powodu zbyt małej zmienności i braku odporności na choroby elitarnych odmian Vitis vinifera, co uniemożliwia dobrą  adaptację, wspólną strategią hodowców na całym świecie powinno być wprowadzenie odporności i adaptacyjnych genów również z genetycznie odległych gatunków północnoamerykańskich (innych niż Vinifera). Jednak te międzygatunkowe mieszańce nie bardzo pasują do aktualnego rynku. Gatunki amerykańskie mają wiele cech, które obniżają jakość owoców (takie jak gorycz, kwasowość oraz lisi zapach i posmak) i w związku z tym konieczne są szeroko zakrojone prace nad krzyżowaniem wstecznym w celu pozbycia się niepożądanych cech i przybliżenia ich do akceptowanych standardów rynkowych. Najnowsze badania wykazały, że dzicy krewni (Vitis vinifera L. ssp. silvestris) uprawianej winorośli oraz inne odmiany azjatyckiego gatunku Vitis zawierają cechy odporności na północnoamerykańskie najbardziej niebezpieczne choroby i szkodniki. Co więcej, dzikie winorośla mogą być również użyteczne do otrzymywania zdrowszych win i napojów, gdyż ich owoce zawierają wysoką zawartość polifenoli i związków przeciwutleniających.

Zatem identyfikacja i charakterystyka euroazjatyckich i północnoafrykańskich zasobów genowych dzikiej winorośli oraz zachowanie i wykorzystanie dawnych odmian, przystosowanych do różnych warunków geograficznych, mają wielkie znaczenie dla programów hodowlanych winorośli, których celem jest wytworzenie odmian gwarantujących zrównoważoną uprawę winorośli oraz rozwój przemysłu winiarskiego.

Kluczową rolę w stymulowaniu wykorzystania różnorodności biologicznej dzikich winorośli i zapomnianych lokalnych odmian w programach hodowlanych do tworzenia nowych odpornych odmian na rzecz zrównoważonej uprawy winorośli odgrywają europejskie programy COST, w których wieloletnimi współpracownikami są pracownicy Katedry Biochemii Wydziału Biologii i Biotechnologii UWM w Olsztynie. Badania prowadzone w naszej Katedrze w ramach wspomnianych programów europejskich, dotyczą głównie mechanizmów obronnych winorośli.

Stanisław Weidner

Autor artykułu dziękuje dr Magdalenie Weidner za opracowanie map zasięgu występowania dzikiej winorośli (Vitis vinifera silvestris).