carbohydrate metabolism in grapevine (cv. malbec) leaves exposed

CARBOHYDRATE METABOLISM IN GRAPEVINE (CV. MALBEC)
LEAVES EXPOSED TO DIFFERENT RADIATION REGIMES
MÉTABOLISME GLUCIDIQUE DES FEUILLES DE VIGNE (CV. MALBEC)
EXPOSÉES A DIFFÉRENTS NIVEAUX DE RAYONNEMENT
Silvina DAYER1, Martin DURÁN2, Germán MURCIA2, Liliana MARTÍNEZ2,
Patricia PICCOLI2, Jorge PEREZ PEÑA1*
1
INTA EEA Mendoza, San Martín 3853, Luján de Cuyo (5507), Mendoza, Argentina
2
Instituto de Biología Agrícola de Mendoza, Facultad de Ciencias Agrarias, Conicet-UNCuyo, Almirante Brown 500,
5507 Chacras de Coria, Argentina.
*
Corresponding author: J. Perez Peña, 54 9 11 68501775, fax: 54 261 4963 020 Email: [email protected]
Abstract
Radiation is one of the main environmental variables that determine leaf microclimate within the vine, and consequently its
photosynthesis and carbohydrate metabolism. The objective of this study was to comprehend the relationships among
photosynthetic performance, carbohydrate metabolism, and related gene expression of grapevine leaves grown under
different radiation regimes. During 2012/13 growing season, an experiment was conducted at INTA Mendoza Experimental
Station on a Malbec vineyard (Vitis vinifera L.) in which four exposure regimes were established in the leaves: i) East, ii)
West, iii) Sun, and iv) Shade. Plastic screens were installed to generate the different radiation regimes. Leaf microclimate
(photosynthetic photon flux density and temperature) was continuously monitored during the day. Diurnal dynamics of
photosynthesis and non-structural carbohydrates (starch and soluble sugars) were measured at different days of the growing
season and leaf daily carbon production and exportation rates calculated. Transcript profiles of leaf sugar transporters
(VvHT1, VvHT3, VvHT5, VvSUC12, VvSUC27 and VvCWI) were measured at different times of the day. Leaf starch
accumulation and sugar exportation rate had similar patterns in Sun, East and West exposure regimes, increasing during the
day until the afternoon when a plateau was reached. Leaf net photosynthetic rate was close to zero in Shade and therefore no
starch was accumulated and soluble sugars were not exported. Transcripts of hexoses and sucrose transporters were
expressed even under shaded conditions indicating a regulation of the short-distance sugar transport in those leaves. These
results allow us to better understand the physiological and molecular behavior of leaves under different exposure regimes
and the effects of vineyard cultural management practices (e.g., row orientation).
Keywords : light, photosynthesis, starch, hexoses, sucrose transporter
Résumé
La lumière est un des principaux facteurs qui déterminent le microclimat de la feuille chez la vigne, et par conséquent la
photosynthèse et le métabolisme glucidique. L'objectif de cette étude était d'évaluer l’activité photosynthétique et
métabolisme glucidique de feuilles de vigne (Vitis vinifera L. cv. Malbec) exposées à différents régimes de radiation à la
Station de recherche INTA Mendoza. Au cours de la saison 2012/13, quatre expositions de radiation ont été établies dans les
feuilles: i) Est ii) Ouest iii) Soleil et iv) Ombrage. Des écrans en plastique ont été mis en place dans chaque traitement afin
d'établir les différents régimes de rayonnement. Le microclimat des feuilles (densité de flux de photons photosynthétiques et
température a été suivi pendant la journée. La dynamique journalière de la photosynthèse et glucides non structuraux (amidon
et sucres solubles) a été déterminée à différents jours de la saison afin de calculer la production de glucides et le taux
d'exportation. Le profil de transcription de transporteurs de sucre des feuilles (VvHT1, VvHT3, VvHT5, VvSUC12, VvSUC27
et VvCWI) a été déterminé à différents moments de la journée. L'accumulation d'amidon et le taux d'exportation de sucres
dans les feuilles au Soleil, Est et Ouest ont augmenté durant la journée jusqu'à un certain point d’équilibre atteint dans
l'après-midi. Les feuilles à l’ombre avaient une vitesse d’assimilation nette proche de zéro, et par conséquent, n’ont pas
accumulé d’amidon ou exporté de sucres solubles. La transcription de transporteurs d’hexoses et saccharose ont été
exprimées, même dans des conditions ombragées indiquant une régulation du transport des sucres à court distance dans ces
feuilles. . Les résultats obtenus nous permettent de mieux comprendre le comportement physiologique et moléculaire de
feuilles exposées à différentes conditions de radiation, et les effets des pratiques culturales dans le vignoble (orientation des
rangs).
Mots-clés : lumière, photosynthèse, amidon, hexoses, transporteur de saccharose