INTRA: Verbesserte Mg-Ernährung der Weinrebe durch umfassende Analyse

Die Bedeutung des Projekts: Mg Mangel ist in vielen Weingärten ein latentes Problem welches das Qualitätspotenzial der heimischen Weine schmälert. Eine wichtige Rebsorte für den österreichischen Weinbau ist davon besonders betroffen nämlich der Welschriesling (WR). In jenen Weinbaugebieten wo ausreichend Niederschlag fällt und leichte Böden vorhanden sind, ist das Ausmaß des Schadens besonders hoch. Dort wird das vorhandene Mg auch noch ausgewaschen und steht damit den Reben nur in reduziertem Umfang zur Verfügung. Wichtig erscheint es daher, dass die Aufnahme und Verstoffwechslung in den Reben optimal funktioniert. Während es bei den Unterlagsreben ausreichend Wahlmöglichkeiten gibt und sich auch solche finden, die besonders effizient in der Aufnahme sind, stellt sich die Sachlage für die Sorte weniger günstig dar. Die WR Klone, welche dem heimischen Weinbau zur Verfügung stehen, zeigen alle mehr oder minder eine schwache Mg Aufnahme. Daher wäre es nötig Genotypen zu suchen, die eine bessere Aufnahme zeigen und diese Aufnahme auch genetisch erforschen. Damit könnten für die Selektion von WR entsprechende Bio-Marker entwickelt werden, die eine Unterscheidung in Mg effiziente und solche die ineffizient sind, ermöglichen. Voraussetzung für die Lösung dieses Problems ist daher die genaue Untersuchung der Mangelaufnahme und dem Erkennen der Gene, die dafür verantwortlich sind. Neue Klone mit Mg Effizienz würden eine Stärkung der heimischen Rebschulen und des Weinbaues bedeuten und könnte auch ermöglichen, dass Rebmaterial davon in die Nachbarländer Ungarn, Kroatien, Slowenien und Slowakei geliefert werden kann, weil dort das Problem auch besteht. Es würde sich damit ein Wettbewerbsvorteil für die heimischen Pflanzgut Betriebe ergeben.

Dieses Projekt zielt darauf ab, die Gen-/Gennetzwerke /Bio-Marker zu finden, die für einen Mg-Mangel verantwortlich sind und ob sie mit genomischen Veränderungen verbunden sind.

Die spezifischen Ziele sind:

Ziel 1: Identifizierung von Kandidatengenen, die am Mg-Mangel beteiligt sind. Untersuchung der funktionellen Reaktion von 20 WR Genotypen, die in zwei Gruppen (hohe und niedrige Mg-Aufnahme) geteilt wird, indem die unterschiedliche Genexpression zwischen diesen zwei WR Gruppen getestet und Photosynthese- und Mg-Messungen in Blättern durchgeführt werden. Charakterisierung der Variation von Kandidatengenen innerhalb der WR Genotypen/Klone und Untersuchung der Überlappung der erhaltenen Muster zwischen der WR Genotypen/Klonen, um die molekulare Grundlage der Anpassung zu untersuchen.

Ziel 2: Vergleichende Untersuchung der Genom-Reorganisation und potenzieller Verbindungen zu Adaption und Mg-Mangel. Variation der Kopienzahl bestimmter Genabschnitte und großräumige Variationen in der Genomarchitektur ( um zu erkennen und zu untersuchen, ob diese reorganisierten Regionen mit den in Ziel 1 erhaltenen Kandidatengenen (Bio-Marker) assoziiert sind oder ob sie Cluster potenziell relevanter Gene für die Anpassung an die jeweiligen Gruppen enthalten)

Ziel 3: Die Validierung des (der) identifizierten Bio-Marker(s) in Ziel 2 für eine frühzeitige Auswahl der gewünschten Eigenschaften in den frühen Stadien.

Ziel 4: Weinbauern und Züchtern ein zusätzliches Werkzeug zur Beantwortung von Fragen der Klonenauswahl zur Verfügung zu stellen.

Vorläufige Ergebnisse: Unser Mitarbeiter für das beantragte Projekt, Doz. Dr. Ferdinand Regner (HBLA u. BA für Wein und Obstbau Klosterneuburg. Abt. Rebenzüchtung) hat bereits eine genetische Kopplungskarte der Weinrebe mit 92 Nachkommen erstellt und untersucht, die aus einer Kreuzung von WR × Sirius mit der Pseudo-Testcross-Strategie abgeleitet wurde [1]. Das Segregationsmuster dieses Defekts wurde mit dem Segregationsmuster von 251 molekularen Markern, 237 Simple Sequence Repeat (SSR) und 14 zufällig amplifizierten polymorphen DNA (RAPD) Markern verglichen. Diese Marker wurden verwendet, um die genetischen Karten der Eltern zu konstruieren und konnten in 20 Verknüpfungsgruppen eingeordnet werden. Die mütterliche (WR) und die väterliche (Sirius) Karte wurden in einer genetischen Konsensus Karte ausgerichtet. Diese Karte ermöglichte es, einen QTL (Quantitative Trait Loci) in der Kopplungsgruppe 11 zu identifizieren. Sie kamen zu dem Schluss, dass diese Loci mit visuellen Symptomen eines Mg-Mangels und der Menge an Mg-Konzentration in den Blättern der Traubenzone verbunden sein könnten. Zwei SSR-Marker zeigten die höchste Bindung an die Kernregion des Mg-QTL.

Die Arbeitsgruppe von Dr. Regner hat an 43 WR Genotypen mehrjährige Blattanalysen (Mikro- und Makroelemente) durchgeführt und Unterschiede gefunden.

Sortenbeschreibung WR

WR ist eine der dominierenden Rebsorten in Mittel- und Osteuropa. Die zahlreichen Synonyme: Olaszriesling, Riesling Italico, Riesling Laski und Grasevina belegen die Verbreitung der Rebe. In Österreich liegt er hinter Grünem Veltliner und Zweigelt an dritter Stelle. Hauptanbaugebiete sind die Süd- und Südoststeiermark, das Burgenland und das niederösterreichische Weinviertel. Die Gesamtanbaufläche für Welschriesling beträgt in Österreich insgesamt ca. 2.900 ha [2], das sind ca. 10 % der Weißweinfläche und etwa 7 % der gesamten Weinbaufläche Österreichs (ca. 45.000 ha).

Die Hauptverbreitungsgebiete des WR liegen im Burgenland (1,000 ha) v.a. Neusiedlersee, Neusiedlersee-Hügelland sowie in Niederösterreich (1,140 ha) v.a. östliches Weinviertel und in der Steiermark (780 ha) v.a. in den südlichen und südöstlichen Teilen [2]. Der Welschriesling nimmt in der Steiermark (21 %) im Verhältnis zum Burgenland (12 %) und Niederösterreich (5 %) die größte Weinbaufläche ein [3].

In Ungarn, Kroatien und der Slowakei ist sie die wichtigste Weinrebe mit der größten Anbaufläche. In Kroatien ist Graševina die am häufigsten angebaute weiße Rebsorte und wird in allen Weinregionen im Landesinneren angebaut. In Ungarn ist Olaszrizling die am weitesten verbreitete Rebsorte des Landes, z.B. in der Weinregion Csopak am Plattensee. In der Slowakei wird er in den Weinregionen Modra und Nitra angebaut. In der Tschechischen Republik wird Ryzlink vlašský in der Region Südmähren kultiviert.  In Italien ist er als Riesling Italico bekannt, wo er in den nördlichen Regionen wie Trentino, Collio und Friaul angebaut wird. In Rumänien wird er Riesling italico genannt. In Slowenien ist der WR als Laški Rizling im Gegensatz zum Renski Rizling (Rheinriesling) bekannt. Sie wird in der ostslowenischen Untersteiermark angebaut, produziert trockene bis mitteltrockene Weine im Vipava-Tal [4-5].

WR wird als robuste Rebe geschätzt und zeigt in der Regel auch bei schlechten Wetterbedingungen eine hohe Stabilität während der Blüte. Sie ist eine später reifende Sorte und bevorzugt daher geeignete Terroirs [6-7]. Die Anpassung an das kontinentale Klima bedeutet auch, dass die Sorte tiefe Frosttemperaturen toleriert. WR ist auch gut für den Klimawandel geeignet, da sie auch bei höheren Temperaturen noch konstant gute Ergebnisse liefert und die Säure länger hält als andere Sorten. Im Vergleich zum Grünen Veltliner verträgt er Hitze und Trockenheit deutlich besser. Die Traube ist kompakt und während der Reifung ist die Dichte der Beeren ein Grund für Fäulnis. Standorte mit tiefgründigen Böden sind daher für die Sorte weniger geeignet.

Die Abstammung des WRs ist noch ungewiss, obwohl einige verwandte Sorten definiert werden konnten [8].  Ein Nachkomme von WR ist die Sorte Goldburger. An mehreren Stellen wurde eine Klonselektion durchgeführt, daher stehen zahlreiche zertifizierte Klone für den Weinbau zur Verfügung [9]. Fünf Klone wurden vom Verband Österreichischer Rebschulen (VÖR) entwickelt, fünf von den burgenländischen Rebschulen und sechs wurden von der Forschungsanstalt Haidegg in der Steiermark entwickelt [10]. Auch in Pecs und Badascony (Ungarn) wurde Welschriesling selektiert. Nemes war der bekannteste Züchter von Welschriesling-Klonen. Andere Klone existieren in Slowenien [8, 10-14], Kroatien und der Slowakei.

Mit der Entwicklung der Landwirtschaft und der Zunahme der menschlichen Bevölkerung wird Mg-Mangel in Pflanzen zu einem ernsten Problem. Für einen maximalen oder optimalen wirtschaftlichen Ertrag sollten Landwirte für eine ausreichende Mg-Versorgung sorgen, die gleichzeitig in praktisch allen Fällen eine optimale Erntequalität sicherstellt. Das Pflanzenwachstum und deren Entwicklung beruhen auf einer ausgewogenen Verteilung verschiedener Mineralstoffe, die für verschiedene physiologische Prozesse benötigt werden. Durch die verschiedenen Böden ist oftmals auch ein disharmonisches Verhältnis der Mineralstoffe vorliegend (Sachgerechte Düngung im Weinbau, BMLRT). Mg-Mangel tritt vor allem auf sauren und sandigen Böden und manchmal durch zu hohe Kalium-Calcium und Manganversorgung auf. Liegt in einem gut mit Stickstoff versorgtem Boden zu viel Ammonium vor, so kann dies ebenfalls zu einem Mg Mangel führen. Als Folge ungünstiger Bodenstruktur, Bodentextur, austauschbarer Kationenkapazität, standortspezifischen klimatischen Faktoren (hohe Mobilität von Mg2+, anfällig für Auswaschung aufgrund starker Regenfälle, insbesondere auf sauren Böden) und anthropogenen Faktoren, agronomischen Managementpraktiken und der Pflanzenart [24] entsteht die Mg Unterversorgung.

Die richtige Düngung von Makro- und Mikronährstoffen bei Weinreben (Sachgerechte Düngung im Weinbau, BMLRT) ist für Winzer ein beständiges Anliegen, insbesondere in Regionen mit marginalen Böden. Mangel aber auch Überdüngung oder falsche Verteilung von Nährstoffen können zu wirtschaftlichen Verlusten bei Ertrag und Fruchtqualität und gelegentlich zum Pflanzensterben führen. Solcherart geschwächte Reben sind dann auch anfällig für andere z.B. Pilzkrankheiten oder entwickeln stärkere Symptome bei Infektionskrankheiten wie Virosen oder Bakteriosen.

Für die Pflanzenphysiologie ist Magnesium ein wichtiger Bestandteil des Chlorophylls. Ein niedriger Mg-Gehalt in den Blättern führt zu einer verminderten Photosynthese und verminderter Vitalität. Blätter zeigen interkostale Gelbfärbung und marginale Nekrosen [25]. Niedriger Mg-Gehalt in den Blättern von Weinreben reduziert die Photosynthese und damit die Glukoseproduktion, was zu einer verminderten Zuckerreife und folglich geringeren Weinqualität führt.

Um diesen Mangel zu entschärfen, ist die richtige Wahl der Unterlage essentiell. Jedoch engt die Tatsache der notwendigen Mg Effizienz die Auswahl der Unterlagen ein und insbesondere die hierzulande bewährten Unterlagen sind dafür weniger geeignet. Auch mittels Düngung über die Blätter kann der Mangel zumindest kurzfristig behoben werden. Mehrmalige Applikationen mit Mg- Sulfat tragen zur Abmilderung der Symptomatik bei. Die aber nachhaltigste Lösung wäre Klone zu pflanzen die einen unproblematischen Mg Stoffwechsel aufweisen. Die Sorte ist doch einige Jahrhunderte in weinbaulicher Benützung wurde intensiv kultviert und sollte daher in verschiedenen genetischen Typen vorliegen. Da alte Beschreibungen von diesem Mg Mangel nicht berichten, ist es durchwegs vorstellbar, dass in alten Genotypen eine andere Genetik befindet, die eine normale Mg Verwertung zeigt.

Dieser Ansatz ist insbesondere für den Weinbau relevant, da die Weinrebe eine der wirtschaftlich bedeutendsten und am meisten angebauten Kulturpflanze der Welt ist. Es ist in der Tat allgemein anerkannt, dass Mg-Mangel bei Weinreben eine weit verbreitete Ernährungsstörung ist, die zu schweren Produktionsausfällen führt. In Österreich leiden besonders die steirischen Winzer darunter.

Insgesamt, zwei Strategien werden in Betracht gezogen, um die Mg2+-Nutzungseffizienz in Pflanzen zu erhöhen. Die erste am häufigsten verwendete Strategie ist die agronomische Biofortifikation, während die zweite, die heute schnell akzeptierte Strategie, die genetische Biofortifikation ist, die die Zuchtreben mit höheren Mg2+-Gehalten und die Identifizierung von Genen im Zusammenhang mit Mg-Mangeltoleranz oder Mg2+-Aufnahme umfasst. Folglich besteht der Bedarf, die Transkriptionsfaktoren und Gene die dafür verantwortlich zeichnen zu identifizieren, sie als Bio-Marker zu entwickeln und damit Reben ohne diesen Mangel zu erkennen. Welschriesling Klone mit harmonischem Stoffwechsel wäre ein qualitativer Fortschritt für den österreichischen Weinbau.