In this work, the color mutations of seven red clones of famous grapevine varieties
						from the German-speaking area were identified by analyzing the transcription factor
						genes located at the berry color locus (Chr 2, ~14,2 Mb) VvmybA1, VvmybA2 and
						VvmybA3. Furthermore, the molecular origin of the teinturier grapes could be identified and the
					effects of the mutation on the phenotype were evaluated

Röckel, Franco

KITopen

Färberreben (Teinturiers) sowie rote Farbmutanten weißer Qualitätsrebsorten entstanden durch VvmybA-bedingte Mutationen am Beerenfarblokus

In der vorliegenden Arbeit konnten die Farbmutationen anhand der Analyse der sich am Beerenfarblokus der Weinrebe (Chr 2, ~14,2 Mb) befindenden Transkriptionsfaktorgene VvmybA1, VvmybA2 und VvmybA3 von sieben rotbeerigen Klonen weißer Qualitätssorten des deutschsprachigen Raums weitgehend geklärt werden. `Silvaner Rot´ und `Müller-Thurgau Rot´ zeigten dabei das in der Literatur meist beschriebene MybA1b-Allel, wohingegen die Mutationen der anderen untersuchten Farbmutanten bisher unbekannt waren. Die zur Farbe führenden VvmybA-Varianten von `Elbling Rot´ (VvmybA313, homologe Rekombination von VvmybA3 mit VvmybA1) sowie `Räuschling Rot´ und `Kernling´ (VvmybA232a / VvmybA232b, in beiden Fällen homologe Rekombination von VvmybA2 mit VvmybA3) sind vermutlich durch den konservativen Synthesis-dependant strand annealing-Mechanismus (SDSA) entstanden, bei dem jeweils nach einem Doppelstrangbruch (DSB) zur Reparatur ein homologer Abschnitt eines anderen VvmybA-Gens als Matrize verwendet wurde. Im Gegensatz dazu wiesen `Riesling Rot´ und `Silvaner Blau´ die gleiche funktionelle Genvariante (VvmybA31) auf, die wahrscheinlich, analog zur Entstehung des MybA1b-Allels, durch den nicht konservativen Single-strand annealing-Mechanismus (SSA) entstanden ist. Wohingegen es im Falle des MybA1b-Allels den Verlust des Retrotransposons Gret1 sowie eines LTRs zur Folge hatte, kam es in `Riesling Rot´ und `Silvaner Blau´ zu dem kompletten Verlust des Sequenzbereiches (ca. 70 kb) zwischen VvmybA1 und VvmybA3. Anhand der Zuweisung der Mutation zu einer spezifischen Haplophase mittels SSR-Markeranalyse der homozygoten Selbstungslinien konnte anschließend der entsprechende Elternteil bestimmt werden, der, unabhängig von der Mutation, die Haplophase vererbte. So konnte bei allen geselbsteten Farbmutanten außer `Räuschling Rot´ bestätigt werden, dass die Mutations-tragenden Haplophasen ursprünglich von weißbeerigen Elternteilen abstammen und folglich die Mutationen erst in den weißen Varianten entstanden sein müssen. Zusätzlich konnten durch eine umfangreiche Anthocyananalyse reifer Beeren und durch eine Herbstlaubbonitur phänotypische Alleinstellungsmerkmale einzelner Mutationen identifizieren werden. So färbte sich bei allen Sorten, die das MybA1b-Allel tragen, im Herbst das Laub rot und für Sorten die eine VvmybA2-bezogene Mutation besitzen (`Räuschling Rot´ und `Kernling´), konnte ein Cyanidin-3-O-glucosid-Anteil von ca. 95% in reifen Beeren als Charakteristikum nachgewiesen werden. Beide gefundenen Merkmale können in zukünftigen Arbeiten sowie in der Züchtung zur Identifikation von Farbmutationen eingesetzt werden. Des Weiteren konnte der molekulare Ursprung der Färberreben identifiziert und ein Bezug zu den Auswirkungen auf den Phänotyp hergestellt werden. Bedingt durch ein 408 bp Repeat (2-fach, 3-fach sowie 5-fach möglich) im Promotorbereich von VvmybA1 kommt es vermutlich zur Autoregulation des Lokus und folglich zur ektopischen Anthocyanakkumulation unabhängig von der Reife. Der Ursprung der Mutation geht dabei auf die Sorte `Teinturier´ (eine periklinale Chimäre) zurück und wurde entsprechend an die nächste Generation weitergeben. In einem putativen Modell kann MYBA1, bedingt durch zusätzliche Bindedomänen innerhalb des 408 bp Repeats, an den eigenen Promotor verstärkt binden und somit die Expression durch Autoregulation steigern. So konnte in den Blättern von `Teinturier´-Klonen sowie den reifen Beeren von direkten Nachkommen gezeigt werden, dass die Repeat-Anzahl direkt mit der Anthocyankonzentration korreliert.Vermutlich bedingt durch das Retrotransposon Gret1 und weitere repetitive DNA-Elemente ist der Bereich des Beerenfarblokus von Vitis vinifera ein Hotspot für homologe Rekombinationen, die zu den unterschiedlichsten funktionellen VvmybA-Varianten führen können und folglich die Evolution des Beerenfarblokus kontinuierlich vorantreiben.In this work, the color mutations of seven red clones of famous grapevine varieties from the German-speaking area were identified by analyzing the transcription factor genes located at the berry color locus (Chr 2, ca. 14,2 Mb) VvmybA1, VvmybA2 and VvmybA3. Both, `Silvaner Rot´ and `Müller-Thurgau Rot´ showed the most commonly found allele MybA1b, whereas the other color mutations were not described in literature so far. The color-related mutations in `Elbling Rot´ (VvmybA313, homologous recombination of VvmybA3 and VvmybA1) as `Räuschling Rot´ and `Kernling´ (VvmybA232a / VvmybA232b, both homologous recombination of VvmybA2 and VvmybA3) most likely arose via the conservative synthesis-dependant strand annealing mechanism (SDSA) that uses a homologous region as template for the repair of a double strand break (DSB). In contrast, `Riesling Rot´ and `Silvaner Blau´ showed the same functional gene variant (VvmybA31) that putatively arose by means of the non-conservative single-strand annealing mechanism (SSA) analogous to the MybA1b allele. Whereas in the case of the MybA1b allele the retrotransposon Gret1 and one LTR are just missing, `Riesling Rot´ and `Silvaner Blau´ both show a deletion of the complete area (ca. 70 kb) between VvmybA1 and VvmybA3. Based on the SSR-marker analysis of the homozygous selfed lines, the specific mutations could be linked to the haplophases inherited by their respective parents. Hence, it was possible to show that for all analyzed color mutants, expect `Räuschling Rot´, a white ancestor inherited the mutation-bearing haplophase and therefore the mutation had to have arisen in the white clones. Additionally, byanalyzing the anthocyanin composition in ripe berries and by evaluating the coloration of autumn leaves, two unique characteristics linked to specific mutations could be identified. All cultivars bearing the MybA1b allele exclusively showed red coloration of the autumn leaves whereas the color mutants with the VvmybA2-related mutations (`Räuschling Rot´ and `Kernling´) possessed a 95% proportion of cyanidin- 3-O-glucoside in ripe berry skins. Furthermore, the molecular origin of the teinturier grapes could be identified and the effects of the mutation on the phenotype were evaluated. A 408 bp repeat (2x, 3x and 5x possible) in the promoter region of VvmybA1 is putatively leading to the autoregulation of the locus and therefore to ectopic formation of anthocyanins independently of ripening. The origin of the mutation goes back to the variety `Teinturier´ (a periclinal chimera) and was then passed on to the next generation. In a putative model, the MYBA1 protein can bind on its own promoter due to additional MYB binding sites in the repeat and is therefore leading to an enhanced VvmybA1 expression. Additionally, by analyzing the leaf samples of `Teinturier´ clones and berry samples of the direct progeny, it was possible to show that the repeat number is strongly correlating with an increase of the anthocyanin concentration. Presumably due to the retrotransposon Gret1 and further repetitive DNA elements, the berry color locus of Vitis vinifera displays a hotspot for homologous recombinations which can lead to plenty functional VvmybA variants and drive therefore the evolution of the berry color continuously forward

JKI Open Journal Systems (Julius Kühn-Institut)

German

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Färberreben (Teinturiers) sowie rote Farbmutanten weißer Qualitätsrebsorten entstanden durch VvmybA-bedingte Mutationen am Beerenfarblokus

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