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Secondary metabolites in grapevine (Anno Accademico 2016/2017)

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Secondary metabolites in grapevine

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Anno accademico 2016/2017

Codice dell'attività didattica
SAF0048
Docente
Dott. Alessandra FERRANDINO (Affidamento interno)
Corso di studi
[f290-c511] LM - Scienze viticole ed enologiche
Anno
2° anno
Tipologia
D - A scelta dello studente
Crediti/Valenza
5
SSD dell'attività didattica
AGR/03 - arboricoltura generale e coltivazioni arboree
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Inglese
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
Nessuno / None
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Fornire approfondimenti sul metabolismo secondario della vite in chiave di risposta della pianta (e della bacca) all'ambiente, sia in termini di stress abiotico (= focus sulle caratteristiche tessiturali del suolo e sull'acqua) che biotico (= focus su flavescenza dorata).

Fornire conoscenze sull'interazione tra metabolismo dell'acido abscissico e accumulo dei metaboliti secondari. 

Fornire conoscenze sui sesquiterpeni e sui composti volatili C6 e C9, metaboliti finora poco studiati ma importanti dal punto di vista biologico, ecologico, oltre che tecnologico.

Sviluppare la capacità di confrontare i risultati di differenti metodi analitici. Essere in grado di esprimere i risultati analitici nel modo più consono in funzione dell'obiettivo finale del lavoro. 

Conoscere le nuove tecniche, anche non distruttive, di valutazione della qualità dell'uva (con riferimento alla misura sia di metaboliti primari quali zuccheri ed acidi, sia secondari) basate su applicazioni della spettroscopia (Multiplex e NIR) e sulla tecnica Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) applicata alla gas-cromatografia con spettrometro di massa (GC/MS). 

To provide new insights about grapevine secondary metabolites as a vine (and/or berry) response to the environment, with a particular focus on abiotic (= soil characteristics, water, ecc...) and biotic conditions (=Flavescence dorée phytoplasma, in particular).

To provide knowledge about abscissic acid mediated grapevine responses to stress: a focus on secondary metabolism and consequences for berry quality.

To provide new insights about the accumulation of sesquiterpenes and of C6 and C9 volatiles (deriving from fatty acid lipooxygenation). Up to now there is little information about these compounds, although they are known to be important for the vine biology and for its ecology (besides the well known techonological importance , due to their sensorial impact on wines).

To develop the capability to compare analytical results obtained by different methods. To become able to choose the appropriate way to express analytical results, depending of the final goal.

To develop knowledge about innovative techniques (including non-destructive methods) to evaluate berry quality (sugars, acids, secondary metabolites) based on spectroscopy techniques (Multiplex and NIR) and Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) applied to GC/MS (for volatiles).

 

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenze sulla biologia di Vitis vinifera, sulla sua interazione con l'ambiente circostante (effetti biotici ed abiotici) e sul significato biologico ed ecologico dell'accumulo di taluni metaboliti secondari. Particolare attenzione verrà posta sul ruolo di mediazione dell'acido abscissico (ABA) sul metabolismo secondario di organi vegetativi e di bacche di vite. Queste conoscenze sono funzionali alla gestione della pianta in vigna per poter indirizzare l'accumulo di taluni metaboliti ritenuti utili per la qualità dell'uva.

Capacità di paragonare i risultati analitici ottenuti con metodi diversi e di scegliere le metodiche più opportune in funzione dello scopo del lavoro.

Conoscenza delle principali tecniche innovative per la misura della qualità in vigna attraverso il ricorso all'uso di strumenti ottici portatili capaci di stimare zuccheri, acidi, principali polifenoli.

Capacità di individuare sviluppi futuri delle applicazioni studiate.

Capacità di sfruttare lo studio dei metaboliti secondari a fini chemiotassonomici (chemiometria), ecologici (interazione con l'ambiente), tecnologici (effetti sulla trasformazione dell'uva in vino).

To acquire knowledge about the biology of Vitis vinifera, its interaction with the surrounding environment (abiotic and biotic aspects) and about the biological and ecological meaning of specific secondary metabolite accumulation.  These aspects will be discussed in the light of the abscissic acid (ABA) mediation on plant secondary metabolism.

To become able to compare results from different analytical methods and to choose the most appropriate method to reach one's own goal.

To acquire knowledge about the main innovative techniques to measure grape berry quality non destructevely through the use of portable instruments able to estimate sugars, acids, polyphenols (Multiplex and NIR technologies) and volatiles (Stir Bar Sorptive Extraction applied to GC/MS or new spetrophotometric methods able to estimate the flavoral potential of grapes).

To become able to identify future perspectives of the applied technique (for instance fluorescence emission based instruments to estimate carotenoid concentration or vine sanitary status).

To become able to exploit knowledge related to secondary metabolites in chemiometry (chemiotaxonomy of grapevine varieties), in ecology (interactions with the environment) and in technology (transformation of must into wine).

To become aware of the possibility of adreessing in the vineyard the vine secondary metabolite accumulation for one's own final goals in terms of grape quality.

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Modalità di insegnamento

Lezioni tradizionali in aula.

Descrizione degli strumenti e delle tecniche analitiche più recenti (Multiplex e SBSE-GC/MS). Prove pratiche di uso degli strumenti più innovativi a disposizione al momento del corso.

Traditional oral classrrom lessons.

Desciption and practical use of recent instruments (Multiplex) and new analytical techniques (SBSE-GC/MS).

 

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Le lezioni saranno interattive per cui si discuterà spesso con gli studenti e si potrà valutare il loro livello di apprendimento in itinere.

 

 

Lessons will be very interactive; discussion with students will allow to evaluate their level of learning, in itinere.

Orale; basato sulla discussione di testi scientifici recenti inerenti gli argomenti trattati.

Oral examination based on the critical discussion of recent research papers dealing with the studied subjects.

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Programma

I metaboliti secondari della vite. Composizione e qualità dell'acino: ripasso dei principali metaboliti secondari; focus più dettagliato su flavonoli, acidi idrossicinnamil tartarici, sesquiterpeni e composti volatili C6 e C9. Differenze compositive tra buccia, polpa e vinaccioli.

I metaboliti secondari degli organi vegetativi: differenze e similitudine con le bacche.

Interazione tra metaboliti secondari ed ambiente: la risposta del metabolismo secondario della pianta intera e della bacca allo stress  abiotico (con particolare attenzione alle caratteristiche del suolo e al metabolismo dell'acqua) e biotico (effetti dei patogeni, soprattutto flavescenza dorata). Focus sul metabolismo dei fenilpropanoidi, dei composti volatili e dei carotenoidi.

Il ruolo di mediazione dell'acido abscissico sul metabolismo secondario e la qualità dell'uva. 

La misura dei metaboliti secondari: cenni alle metodiche 'tradizionali' (spettrofotometria, HPLC-DAD, GC/MS): elementi di valutazione dei vari metodi e paragone tra di essi. 

Metodi innovativi per la misura della qualità dell'uva 1). La Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) per la misura della componente volatile dell'uva, vantaggi e svantaggi rispetto alle tecniche analitiche tradizionali (estrazione liquida e SPME).  

Metodi innovativi per la misura della qualità dell'uva 2). Metodi spettroscopici basati sull'emissione di fluorescenza della clorofilla; uso di un sensore ottico portatile (Multiplex) per la misura di antociani e flavonoli nelle uve. Esempi di applicazioni in vitigni locali ed internazionali.  L'uso del Multiplex per la mappatura della qualità in vigna (viticoltura di precisione, attraverso la georeferenziazione del dato spettroscopico). L'uso della spettroscopia per la misura di zuccheri ed acidi delle bacche. L'uso della spettroscopia per la realizzazione di mappe di vigoria della vigna.

La spettroscopia come test diagnostico preventivo per individuare condizioni di malattia della pianta (esempio su Plasmopara).

Cenni sulla misura dei metaboliti secondari tramite la valutazione della riflettanza nel vicino infrarosso (NIR).

Applicazioni dello studio dei metaboliti secondari a fini chemiotassonomici (per la classificazione delle varietà di Vitis vinifera).

 Cenni sulla sostemibilità in viticoltura: focus sull'esperienza di introduzione di taluni vitigni di uva da tavola in Piemonte. 

 

The berry chemical composition, overview with a focus on flavonols, hydroxycinnamates, sesquiterpenes and C6/C9 volatiles. The berry compositional differences among skins, pulps and seeds.

Secondary metabolites of vegetative organs: differences and similarities with berries.

Interaction between secondary metabolites and environment: abiotic (= soil characteristics, water) and biotic (Flavescence dorée, in particular) stress conditions are able to modulate the vine secondary metabolism and, consequentely, berry quality. Exemples on the phenylpropanoid pathway, volatile and carotenoid biosynthesis.

ABA mediated effects on vine and berry secondary metabolism.

Secondary metabolite evaluation: hints about traditional methods (spectrophotometry, HPLC-DAD, GC/MS).

Innovative methods for berry quality evaluation 1): the Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) technique to measure grape volatiles: advantages and disadvantages respect to traditional analysis (liquid extraction and SPME).

Innovative methods for berry quality evaluation 2): measurements based on the chlorophyll fluorescence emission method (Multiplex), theory and practice. Anthocyanin and flavonol estimation in berries. Exemples of application on local and international varieties. Using the Multiplex to map quality in the vineyard: precision viticulture through the georeferercing of the spectroscopic measurement. Spectroscopy to measure berry sugars and acids. Spectroscopy to build vigour maps of the vineyard. Future perspectives: towards the measurement of carotenoids (also in leaves) by spectroscopy.

Spectroscopy as a diagnostic tool to identify early disease states or stress conditions.

NIR (Near Infrared Reflectance) measurements: an overview on the berry reflectance spectrum interpretation. 

Secondary metabolites as a tool of chemiotaxonomy (for grape variety classification).

Hints about the concept of sustainability in viticulture; focus on the group's experience on table grape introduction and cultivation in Piedmont. 

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Keller M., (2010). The science of Grapevines. ISBN-9780123748812, Elsevier Academic Press.

Roubelakis-Angelakis K.A., (2009). Grapevine molecular physiology & biotechnology, 2nd Edition. ISBN-9789048123056, Springer Ed.

Ferrandino A., Lovisolo C., (2014). Abiotic stress effects on grapevine (Vitis vinifera L.): focus on abscissic acid mediated consequences on secondary metabolism and berry quality. Environmental and Experimental Botany, 103: 138-147.

Margaria P., Ferrandino A., Caciagli P., Kedrina O., Schubert A., Palmano S., (2014). Metabolic and transcript analysis of the flavonoid pathway in diseased and recovered Nebbiolo and Barbera grapevines (Vitis vinifera L.) following infection by Flavescence dorée phytoplasma. Plant, Cell and Environment, DOI: 10.1111/pce.12332.

I lavori scientifici del nostro gruppo e di altri ricercatori che sono commentati durante il corso verranno forniti agli studenti in formato pdf, assieme alle slide del corso. 

 

 

Keller M., (2010). The science of Grapevines. ISBN-9780123748812, Elsevier Academic Press.

Roubelakis-Angelakis K.A., (2009). Grapevine molecular physiology & biotechnology, 2nd Edition. ISBN-9789048123056, Springer Ed.

Ferrandino A., Lovisolo C., (2014). Abiotic stress effects on grapevine (Vitis vinifera L.): focus on abscissic acid mediated consequences on secondary metabolism and berry quality. Environmental and Experimental Botany, 103: 138-147.

Margaria P., Ferrandino A., Caciagli P., Kedrina O., Schubert A., Palmano S., (2014). Metabolic and transcript analysis of the flavonoid pathway in diseased and recovered Nebbiolo and Barbera grapevines (Vitis vinifera L.) following infection by Flavescence dorée phytoplasma. Plant, Cell and Environment, DOI: 10.1111/pce.12332.

Scientific papers from our group and from other researchers discussed during lessons will be given to students in pdf format, together with the slides commented during the lessons. 



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Note

 

 

 

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Ultimo aggiornamento: 04/06/2016 18:50
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