Was ist molekulare Ampelographie?
Gekürzte Übersetzung der Veröffentlichung vom Institut Français de la Vigne et du Vin (IFV)
Moderne Genotypisierungs- und DNA-Analysetechniken haben die Ampelographie grundlegend verändert. Sie ermöglichen die großen Gruppen innerhalb der Art Vitis vinifera zu unterscheiden und Rebsorten eindeutig zu identifizieren, ohne das vollständige Wachstum der Reben abwarten zu müssen.
Der Begriff Ampelographie stammt aus dem Griechischen: ampelos bedeutet „Weinrebe“, graphie steht für „Beschreibung“. Er wurde erstmals 1661 von Dr. Sachs in seinem Werk Ampelographia verwendet. Heute umfasst die Ampelographie die Beschreibung und Identifizierung von Rebsorten, die Untersuchung ihrer Entwicklung und ihrer verwandtschaftlichen Beziehungen sowie die Erforschung ihres Verhaltens gegenüber Umweltbedingungen (Anbaueignung und önologische Eigenschaften).
Lange Zeit beruhte die Ampelographie ausschließlich auf der visuellen Beobachtung der Rebe, insbesondere auf der Morphologie von Blättern, Trieben und Trauben. Von den etwa hundert beschriebenen Merkmalen der verschiedenen Reborgane wurden von der OIV (Internationale Organisation für Rebe und Wein) 14 vorrangige Hauptmerkmale ausgewählt, da sie Rebsorten besonders zuverlässig unterscheiden können.
Später kamen neue Methoden hinzu, beispielsweise die Chemotaxonomie (Untersuchung sekundärer Pflanzenstoffe) oder biochemische Marker (Isoenzyme). Die eigentliche Revolution begann jedoch in den 1990er Jahren mit der Einführung genetischer Verfahren in die Ampelographie.
Molekulare Marker und DNA-Sequenzierung ermöglichten erstmals den direkten Zugang zum Genotyp einer Pflanze und nicht nur zu ihrem Erscheinungsbild (Phänotyp). Dadurch können Rebsorten bereits in einem sehr frühen Entwicklungsstadium erster Pflanzenteile bestimmt werden.
Für diese Analysen genügt bereits DNA aus wenigen Milligramm Pflanzenmaterial, das aus nahezu jedem Pflanzenteil gewonnen werden kann.
Was ist DNA und wie ist sie aufgebaut?
Die Desoxyribonukleinsäure (DNA) ist ein Molekül, das in allen Zellen vorkommt und sämtliche Informationen enthält, die für Entwicklung und Funktion eines Organismus notwendig sind. Gleichzeitig bildet sie die Grundlage der Vererbung, da sie bei der geschlechtlichen Fortpflanzung vollständig oder teilweise an die Nachkommen weitergegeben wird. Die DNA ist Träger der genetischen Information und bildet das Genom eines Lebewesens. Über die RNA steuert sie die Bildung der Proteine.
Die DNA besitzt die bekannte Doppelhelix-Struktur und besteht aus einer Kette von Nukleotiden. Jedes Nukleotid setzt sich aus einer Phosphatgruppe, dem Zucker Desoxyribose und einer stickstoffhaltigen Base zusammen.
Es gibt vier verschiedene Basen: Cytosin (C), Thymin (T), Adenin (A), Guanin (G). Dabei gehören Cytosin und Thymin zur Gruppe der Pyrimidine, Adenin und Guanin zu den Purinen.
In Pflanzenzellen befindet sich DNA im Zellkern sowie in den Chloroplasten und Mitochondrien. Chloroplasten sind für die Photosynthese verantwortlich, während Mitochondrien die Energieversorgung der Zellen übernehmen.
Welche Methoden verwendet die molekulare Ampelographie?
Die molekulare Ampelographie untersucht verschiedene genetische Marker, mit denen einzelne Pflanzen eindeutig unterschieden werden können.
Mikrosatelliten (SSR)
Mikrosatelliten oder Simple Sequence Repeats (SSR) sind kurze DNA-Abschnitte, in denen sich Sequenzen aus zwei bis vier Basen mehrfach wiederholen (bis zu 20–30 Wiederholungen), beispielsweise: C-A oder G-A-T
Diese Marker werden besonders häufig zur Identifizierung von Rebsorten eingesetzt.
Indels
Indels sind kleine Insertionen oder Deletionen, also Einfügungen oder Verluste kurzer DNA-Sequenzen.
Transponierbare Elemente
Diese sogenannten „springenden Gene“ können ihre Position innerhalb des Genoms verändern. Ihre Aktivität wird unter anderem durch Stress oder Umweltbedingungen beeinflusst. Sie sind eine wichtige Quelle genetischer Veränderungen und damit für die Evolution.
Man unterscheidet Retrotransposons, die nach dem Prinzip „Kopieren und Einfügen“ arbeiten und Transposons, die sich nach dem Prinzip „Ausschneiden und Einfügen“ bewegen.
SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms)
SNPs betreffen lediglich eine einzelne Base der DNA.
Dabei unterscheidet man: Transitionen (Austausch innerhalb derselben Basengruppe) und Transversionen (Austausch zwischen Purinen und Pyrimidinen).
Was hat die molekulare Ampelographie über den Ursprung der Weinrebe herausgefunden?
Die Arbeitsgruppe von Jean-Pierre Péros am INRAE Montpellier konnte zeigen, dass asiatische Wildreben die ursprünglichsten Vertreter der Gattung sind und sowohl die europäischen (Vitis vinifera) als auch die amerikanischen Reben von ihnen abstammen.
Für die amerikanischen Arten werden zwei voneinander unabhängige Einwanderungsereignisse aus Eurasien angenommen: Eines führte zu den zentral- und ostamerikanischen Arten (Vitis labrusca, Vitis riparia, Vitis rupestris, Vitis berlandieri) und das andere zu den kalifornischen Arten (Vitis californica).
Durch Mikrosatellitenanalysen konnten außerdem die echten europäischen Wildreben (Vitis vinifera subsp. sylvestris) eindeutig von den Kulturreben unterschieden werden.
Innerhalb der Kulturreben ließen sich die Sorten objektiv in fünf große geografische Gruppen einteilen.
Welche Erkenntnisse brachte die molekulare Ampelographie über die Verwandtschaft von Rebsorten?
Die Untersuchung der rund 2.300 traditionellen Rebsorten der Rebsammlung Domaine de Vassal (INRAE, Marseillan) führte zum Aufbau einer einzigartigen genetischen Datenbank.
Wenn zwei Rebsorten jeweils etwa die Hälfte der genetischen Marker einer dritten Sorte besitzen, ist dies ein starker Hinweis darauf, dass diese beiden Sorten deren Eltern sind. In vielen Fällen lässt sich sogar bestimmen welche Sorte der Pollenspender (Vater) war und welche Sorte die Mutterpflanze darstellte.
Dies ist möglich, weil die Mutter ihrem Nachkommen unter anderem die Chloroplasten vererbt, deren DNA ebenfalls genetische Marker enthält.
Gouais Blanc – einer der wichtigsten Eltern unserer heutigen Rebsorten
Besonders überraschend war die Erkenntnis, dass Gouais Blanc (Heunisch Weiß), eine önologisch eher unbedeutende Weißweinsorte, einer der wichtigsten Vorfahren vieler bedeutender europäischer Rebsorten ist. Durch Kreuzungen mit Pinot entstanden unter anderem: Chardonnay, Aligoté, Auxerrois, Melon und Gamay. Mit anderen, teilweise unbekannten Eltern entstanden außerdem: Jacquère, Grolleau, Colombard, Riesling oder Saint-Côme.
Die Abstammung von Merlot
Eine 2008 veröffentlichte Studie von Jean-Michel Boursiquot und Mitarbeitern klärte die Abstammung des Merlot. Bei Untersuchungen alter Weinberge in der Bretagne und in der Charente wurde eine bis dahin unbekannte Sorte entdeckt: Magdeleine noire des Charentes.
Genetische Analysen zeigten, dass sie die Mutter sowohl von Merlot als auch Malbec (Cot) ist.
Außerdem konnte nachgewiesen werden, dass Prunelard der Vater des Malbec ist.
Damit konnten mehrere bislang ungeklärte Verwandtschaftsbeziehungen innerhalb bedeutender Rebsorten aufgeklärt werden.
Besonders erfolgreiche Anwendungen der molekularen Ampelographie
Ein spektakuläres Beispiel gelang 2008 Jean-Michel Boursiquot und Laurent Audeguin während einer Reise nach Australien. Dort glaubten zahlreiche Winzer seit vielen Jahren, Albariño anzubauen. Die DNA-Analysen ergaben jedoch eindeutig: Es handelte sich tatsächlich um Savagnin Blanc. Nach ihrer Rückkehr nach Frankreich wurde dieses Ergebnis durch Vergleiche mit den genetischen Datenbanken von IFV und INRA bestätigt.
Ein ähnlicher Fall war bereits 1994 in Chile aufgedeckt worden: Dort war die Rebsorte Carmenère jahrzehntelang mit Merlot verwechselt worden.
Im französischen Südwesten ermöglichte die molekulare Ampelographie außerdem die Identifizierung zahlreicher alter Regionalrebsorten sowie die Aufnahme bisher unbekannter Sorten wie: Moural (Aveyron), Bouysselet (Fronton) und weiterer bislang namenloser Sorten.
Kann die molekulare Ampelographie Klone unterscheiden?
Derzeit können Klone derselben Rebsorte mit den üblichen Mikrosatellitenmethoden noch nicht sicher unterschieden werden, da innerhalb einer Sorte nur sehr geringe Unterschiede bestehen.
Neue Verfahren der Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierung eröffnen jedoch neue Möglichkeiten. Im Rahmen einer Dissertation von Grégory Carrier wurden drei Klone des Pinot Noir vollständig untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass insbesondere Retrotransposons maßgeblich für die genetischen Unterschiede zwischen den Klonen verantwortlich sind. Anschließend wurde mithilfe sogenannter SSAP-Marker für sämtliche untersuchten Pinot-Noir-Klone ein individuelles genetisches Profil erstellt.
Bevor diese Methode jedoch routinemäßig eingesetzt werden kann, müssen die verwendeten Marker hinsichtlich ihrer Stabilität und Wiederholbarkeit noch umfassend überprüft werden.
Erst danach wird eine zuverlässige genetische Identifizierung einzelner Klone möglich sein. (Anmerkung: Dies wäre sehr wünschenswert, um etliche noch existierende Streitfälle zu lösen, ob es jeweils um unterschiedliche Klone oder andere Sorten handelt. Wir sind gespannt….)