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Quantificação do espectro de resistência à embolia do xilema da videira para identificar variedades e regiões em risco em um futuro clima seco

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Quantificação do espectro de resistência à embolia do xilema da videira para identificar variedades e regiões em risco em um futuro clima seco

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7724 (2023) Citar este artigo

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Manter a produção de vinho sob o aquecimento global depende em parte da otimização da escolha do material vegetal para uma determinada região vitícola e do desenvolvimento de cultivares resistentes à seca. No entanto, o progresso nessas direções é dificultado pela falta de compreensão das diferenças na resistência à seca entre os genótipos de Vitis. Investigamos os padrões de vulnerabilidade à embolia do xilema dentro e entre 30 espécies e subespécies (variedades) de Vitis de diferentes locais e climas e avaliamos o risco de vulnerabilidade à seca em 329 regiões vitícolas em todo o mundo. Dentro de uma variedade, a vulnerabilidade à embolia diminuiu durante o verão. Entre as variedades, encontramos grandes variações na resistência à seca do sistema vascular das videiras. Este é particularmente o caso da Vitis vinifera, com variedades distribuídas em quatro grupos de vulnerabilidade à embolia. Ugni blanc e Chardonnay figuram entre os mais vulneráveis, enquanto Pinot noir, Merlot e Cabernet Sauvignon figuram entre os mais resistentes. Regiões possivelmente com maior risco de serem vulneráveis ​​à seca, como Poitou-Charentes, na França e Marlborough, na Nova Zelândia, não necessariamente têm climas áridos, mas possuem uma proporção significativa de variedades vulneráveis. Demonstramos que as variedades de videiras podem não responder igualmente a condições mais quentes e secas e destacamos que as características hidráulicas são essenciais para melhorar a adequação da viticultura às mudanças climáticas.

O aumento das temperaturas e as mudanças nos padrões de precipitação representam sérias ameaças à produção agrícola global1,2,3, e a manutenção de colheitas altas e consistentes sob seca e/ou políticas de conservação de água mais rigorosas é um grande desafio para a sustentabilidade dos sistemas agrícolas. A videira desempenha um papel significativo culturalmente e é a terceira cultura hortícola mais valiosa do mundo4. As regiões vinícolas em todo o mundo enfrentaram recentemente secas e ondas de calor intensas e frequentes, por exemplo, 2009 na Austrália, 2015 na Califórnia e 2019 na França, e as perdas econômicas subsequentes na produção de vinho foram consideráveis5. Entender como a videira responde a condições climáticas extremas, como secas cada vez mais severas e prolongadas, é crucial para aconselhar a indústria do vinho sobre quais variedades e práticas vitícolas seriam mais bem adaptadas ao aumento do risco de seca.

A adaptação da viticultura às mudanças climáticas foi primeiramente abordada a partir de uma perspectiva fenológica6,7,8. Historicamente, variedades de videiras específicas têm sido escolhidas para regiões específicas de modo que seus ciclos fenológicos correspondam ao clima local9. Por exemplo, Pinot Noir e Riesling, que amadurecem cedo, são cultivados em regiões mais frias, enquanto Grenache e Mourvedre, de amadurecimento tardio, são preferidos em climas mais quentes10. A diversidade fenológica dentro de Vitis vinifera é alta8, e tem sido sugerido que o aumento da diversidade de variedades com fenologia diferente pode mitigar perdas de áreas agrícolas e impactos negativos das mudanças climáticas7. No entanto, a produtividade da planta depende da disponibilidade de água e da capacidade fotossintética11,12 e, portanto, a otimização da fenologia por si só não pode aumentar a tolerância à seca na videira.

Em relação à tolerância à seca, a videira destaca-se das principais culturas anuais por duas características. Primeiro, é uma cultura perene que se espera produzir por muitas décadas. Assim, deve tolerar períodos de seca tanto a curto como a longo prazo, ou seja, ser capaz de produzir anualmente, evitando limiares de mortalidade induzida pela seca ao longo dos anos13. Em segundo lugar, o déficit hídrico pode melhorar a qualidade do bago e do vinho, especialmente para os vinhos tintos, por meio do aumento da concentração de açúcar, antocianina e tanino14,15,16. Como resultado, os produtores em regiões onde a irrigação é permitida tendem a restringir a água para maximizar a produção de uvas de alta qualidade, minimizando as reduções de rendimento. Por estas razões, um grande corpo de trabalho em fisiologia da videira tem se concentrado em melhorar a eficiência do uso da água, notadamente tentando elucidar os mecanismos subjacentes de regulação estomática e limitação da fotossíntese17,18,19,20,21. No entanto, a eficiência do uso da água é muitas vezes equiparada à resistência à seca e ao melhor rendimento das culturas sob estresse22, o que não é o caso23.

 42% of the global winegrape bearing area, (ii) interspecific Vitis hybrid varieties, and (iii) commonly used Vitis rootstocks. Subsequently, these analyses allowed us to assess global wine regions with respect to their varietal diversity and resulting absolute risk of drought vulnerability. As a wide array of grapevine varieties are cultivated by humans, we hypothesized that the range of xylem vulnerability to embolism in grapevine would be relatively large, and thus, the risk of drought vulnerability would vary across vineyards worldwide./p> − 1 MPa)50,51. This strategy is meaningful in two ways: many vineyards worldwide are located in arid and semi-arid regions characterized by frequent drought stress52, and even irrigated during the growing season, the hydraulic system of grapevine remains under tension18,29,53, which makes embolism repair highly unlikely27. Second, comparing our dataset to midday water potentials (Ψmin) monitored in vineyards during rain-fed experiments indicated that grapevine varieties barely reach water potentials associated with critical thresholds of xylem embolism in perennial organs. This is particularly the case for the commonly studied Vitis vinifera cv. Cabernet Sauvignon, for which reported Ψmin in vineyards were not lower than − 1.6 MPa28,53,54 whereas the onset of embolism (c.f. Ψ12) in stem was found at − 2.2 MPa. Other instances include Vitis vinifera cv. Merlot, whose stem Ψ12 of − 1.8 MPa is lower than Ψmin of − 1.5 MPa measured in Israel across the 2011–2012 seasons55, and Vitis vinifera cv. Tempranillo, whose stem Ψ12 = − 1.9 MPa is lower than Ψmin of − 1.4 MPa monitored in Spain across the 2000–2004 seasons56. This result supports previous observations that grapevine tends to operate within a safe margin of water potentials where embolism is rare18. This is possible because during drought grapevine continually adapts its functioning to avoid hydraulic failure, notably through stomatal closure limiting water loss28,30. In other words, grapevine aims at securing continuous water supply even if it is at the expense of carbon assimilation, and therefore, grape yield and quality. However, the scarcity of multi-year Ψmin records under field conditions for the majority of varieties makes extrapolating this strategy to the whole Vitis vinifera taxa difficult. Such information would notably be required for varieties such as Chardonnay and Sauvignon Blanc, which show higher embolism vulnerability than Cabernet Sauvignon and Merlot while being abundantly cultivated in regions like Australia and South Africa where fresh water resources for agriculture are scarce57./p> 0.5). In other words, regions that are at lower risk of large-scale drought vulnerability are not necessarily the ones bearing the highest number of varieties. This illustrates that from a physiological point of view, embolism vulnerability of specific varieties matters more than the diversity of varieties grown regionally. This result softens conclusions of recent studies that have advocated for the use of phenological diversity to mitigate the negative effects of climate change on wine production7,8. A thorough evaluation of possible avenues to adapt viticulture to warmer and drier conditions should certainly account for inter-varietal variation in hydraulic traits related to drought resistance45. This would particularly be necessary in the context of northward expansion of wine growing regions like in England, where the choice of materials has relied on matching variety phenology with local climate8. Second, the regional risk index of drought vulnerability varies independently from climate and shows a spatial heterogeneity around the world. Regions that have a greater risk index of drought vulnerability are not necessarily those from arid and semi-arid zones. For instance, Rheingau in Germany, Spanish Basque Country and Peel in Australia exhibit similar risk indexes even though they are located in continental, oceanic, and Mediterranean zones, respectively. In other words, growers have produced wine according to variety characteristics irrespective of xylem embolism resistance (e.g. timing of ripeness). This result indicates that no traditional wine growing region is immune to impacts of climate change regarding the risk of xylem embolism during prolonged drought. Yet, although the majority of grapevine bearing areas have experienced substantial warming during the last decades73, patterns of increasing temperatures are variable across latitudes and seasons74. In consequence, since ultimately hydraulic failure results from the relationship between the minimum water potentials measured in the field and the innate vulnerability of the varieties grown there, to what extent regions differ in vulnerability to drought in a more general sense remains an open question./p> 42% of the global winegrape bearing area (data from https://www.adelaide.edu.au/press/titles/winegrapes). The study included in particular nine of the top 10 winegrape varieties, namely Cabernet Sauvignon, Merlot, Tempranillo, Chardonnay, Syrah, Grenache, Sauvignon blanc, Ugni blanc and Pinot noir./p> 0.05 in all cases), and we are thus confident that the comparisons among varieties reported in this study are accurate./p>