A population genetic study of Vitis vinifera L. subsp. sylvestris Gmelin based on 3.000 individuals from 20 countries

Abstract

Until the 19th century, the wild form of cultivated grapevines (vitis vinifera L. Subsp. Sylvestris gmelin, v. Sylvestris) was ubiquitous in many european and west asian regions. However, many factors like deforestation, the intensification of agriculture, or the introduction of several pests and pathogens decimated its presence in these growing sites, and natural populations are now mostly restricted to river-bank forests and creeks with specific soil and climate conditions. In fact, v. Sylvestris is now considered an endangered subspecies that is protected by law in many european countries to prevent its loss. In the past, there diversity was great and the different populations have adapted optimally to a variety of natural habitats. In view of the current and future climatic challenges, this diversity could prove to be the key to climate-resilient adaptation in breeding programs. Therefore, the protection and study of the remaining wild individuals is one key element for the preservation of our viticultural landscapes. In this study, we collected publicly available ssr data of v. Sylvestris genetic resources from 14 scientific publications, which was merged with the information obtained after the genetic characterization of 1460 new samples. As a result, we compiled the largest dataset for v. Sylvestris available to date, with approximately 3,000 unique genetic profiles collected from 20 countries of the natural growing range of this subspecies. After data curation and alleles’ sizes standardisation according to reference varieties and allelic frequencies distribution patterns, this dataset was used to explore the genetic diversity and population structure of v. Sylvestris in a broad context. Preliminary results identified a series of clusters of genetically related samples, which mirrored their region of origin and reflected a major geographic substructuring within the explored sites. Additionally, we designed a core collection of v. Sylvestris genetic resources for targeted preservation across national borders. Altogether, this work provided a global update of the current status of this endangered subspecies, and provides relevant data for its proper management and conservation.

Eine populationsgenetische studie von vitis vinifera l. Subsp. Sylvestris gmelin auf der grundlage von 3.000 individuen aus 20 ländern

Bis zum 19. Jahrhundert war die wildform der kultivierten weinrebe (vitis vinifera l. Subsp. Sylvestris gmelin, v. Sylvestris) in vielen regionen europas und westasiens allgegenwärtig. Viele faktoren wie die abholzung der wälder, die intensivierung der landwirtschaft oder die einschleppung verschiedener schädlinge und krankheitserreger haben ihr vorkommen in diesen anbaugebieten jedoch dezimiert. Die natürlichen populationen sind heute meist auf uferwälder und bäche mit besonderen boden- und klimabedingungen beschränkt. Tatsächlich gilt v. Sylvestris heute als gefährdete unterart, die in vielen europäischen ländern gesetzlich geschützt ist, um ihren verlust zu verhindern. In der vergangenheit gab es eine große vielfalt, und die verschiedenen populationen haben sich optimal an eine vielzahl von natürlichen lebensräumen angepasst. Angesichts der aktuellen und zukünftigen klimatischen herausforderungen könnte sich diese vielfalt als schlüssel zu einer klimaresilienten anpassung in zuchtprogrammen erweisen. Der schutz und die erforschung der verbliebenen wilden individuen ist daher ein zentrales element für den erhalt unserer weinbaulandschaften. In dieser studie haben wir öffentlich verfügbare ssr-daten der genetischen ressourcen von v. Sylvestris aus 14 wissenschaftlichen publikationen gesammelt und mit den genetischen daten von 1460 neuen proben zusammengeführt. Das ergebnis ist der größte bisher verfügbare datensatz für v. Sylvestris mit etwa 3.000 einzigartigen genetischen profilen aus 20 ländern des natürlichen verbreitungsgebiets dieser unterart. Nach der aufbereitung der daten und der standardisierung der allelgrößen anhand von referenzsorten und allelfrequenzen wurde dieser datensatz verwendet, um die genetische vielfalt und die populationsstruktur von v. Sylvestris in einem breiten kontext zu untersuchen. Vorläufige ergebnisse ergaben eine reihe von clustern genetisch verwandter proben, die ihre herkunftsregion widerspiegelten und eine bedeutende geografische unterstrukturierung innerhalb der untersuchten standorte widerspiegelten. Darüber hinaus haben wir eine core collection genetischer ressourcen von v. Sylvestris für die gezielte erhaltung über nationale grenzen hinweg angelegt. Insgesamt lieferte diese arbeit eine globale aktualisierung des aktuellen status dieser gefährdeten unterart und liefert relevante daten für ihre angemessene bewirtschaftung und erhaltung.

Une étude génétique des populations de vitis vinifera l. Subsp. Sylvestris gmelin basée sur 3.000 individus de 20 pays

Jusqu’au 19ème siècle, la forme sauvage des vignes cultivées (vitis vinifera l. Subsp. Sylvestris gmelin, v. Sylvestris) était omniprésente dans de nombreuses régions d’europe et d’asie occidentale. Cependant, de nombreux facteurs tels que la déforestation, l’intensification de l’agriculture ou l’introduction de plusieurs ravageurs et pathogènes ont décimé sa présence et les populations naturelles sont aujourd’hui principalement limitées aux abords des forêts et ruisseaux présentant des conditions de sol et de climats spécifiques. De ce fait, v. Sylvestris est aujourd’hui considéré comme une sous-espèce menacée, protégée dans de nombreux pays européens afin d’enrayer sa disparition. Dans le passé, sa diversité était grande et les différentes populations se sont adaptées de manière optimale à une variété d’habitats naturels. Au vu des défis climatiques actuels et futurs, cette diversité pourrait s’avérer être la clé d’une adaptation au changement climatique dans les programmes de croisement. Par conséquent, la protection et l’étude des individus sauvages subsistants est un élément clé pour la préservation de nos paysages viticoles. Dans cette étude, nous avons rassemblé des données ssr publiquement disponibles sur les ressources génétiques de v. Sylvestris à partir de 14 publications scientifiques, qui ont été fusionnées avec les informations obtenues après la caractérisation génétique de 1460 nouveaux échantillons. Nous avons ainsi compilé le plus grand ensemble de données sur v. Sylvestris disponible à ce jour, avec environ 3 000 profils génétiques uniques collectés dans 20 pays de l’aire de répartition naturelle de cette sous-espèce. Après nettoyage des données et la standardisation de la taille des allèles en fonction des variétés de référence et des schémas de distribution des fréquences alléliques, ces données ont été utilisées pour explorer la diversité génétique et la structure de la population de v. Sylvestris dans un large contexte. Les résultats préliminaires ont permis d’identifier une série de groupes d’échantillons génétiquement apparentés, qui reflètent leur région d’origine ainsi qu’une sous-structuration géographique majeure au sein des sites explorés. En outre, nous avons défini une core-collection de ressources génétiques de v. Sylvestris en vue d’une préservation ciblée au-delà des frontières nationales. Globalement, ce travail a permis une synthèse générale du statut actuel de cette sous-espèce menacée, et fournit des données pertinentes pour sa gestion et sa conservation.