Oct 08, 2023
미래의 건조한 기후에서 위험에 처한 품종과 지역을 식별하기 위해 포도나무 목질부 색전증 저항 스펙트럼 정량화
과학 보고서 13권,
Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7724(2023) 이 기사 인용
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지구 온난화 상황에서 와인 생산을 유지하는 것은 부분적으로 특정 포도 재배 지역에 대한 식물 재료 선택을 최적화하고 가뭄에 강한 품종을 개발하는 데 달려 있습니다. 그러나 이러한 방향으로의 진전은 Vitis 유전자형 간의 가뭄 저항성의 차이에 대한 이해 부족으로 인해 방해를 받습니다. 우리는 다양한 위치와 기후의 30개 Vitis 종과 아종(변종) 내에서 물관부 색전증 취약성의 패턴을 조사하고 전 세계 329개 포도 재배 지역에서 가뭄 취약성의 위험을 평가했습니다. 다양성 내에서 색전증에 대한 취약성은 여름 동안 감소했습니다. 품종 중에서 우리는 포도나무 혈관계의 가뭄 저항성에 있어 광범위한 변화를 발견했습니다. 이는 특히 Vitis vinifera의 경우에 해당되며, 변종은 색전증 취약성의 4개 클러스터에 분산되어 있습니다. 우그니 블랑(Ugni blanc)과 샤르도네(Chardonnay)는 가장 취약한 품종에 속했고, 피노 누아(Pinot noir), 메를로(Merlot), 카베르네 소비뇽(Cabernet Sauvignon)은 가장 저항력이 강한 품종에 속했습니다. 프랑스의 푸아투-샤랑트(Poitou-Charentes)와 뉴질랜드의 말보로(Marlborough)와 같이 가뭄에 취약할 위험이 더 큰 지역은 반드시 건조한 기후를 가지고 있는 것은 아니며 오히려 취약한 품종이 상당 부분 존재합니다. 우리는 포도 품종이 더 따뜻하고 건조한 조건에 동일하게 반응하지 않을 수 있음을 입증하고 기후 변화에 따른 포도 재배 적합성을 향상시키는 데 수력학적 특성이 중요하다는 점을 강조합니다.
기온 상승과 강수 패턴 변화는 전 세계 작물 생산에 심각한 위협을 가하며, 가뭄 및/또는 더욱 엄격한 물 보존 정책 하에서 높고 일관된 작물 수확량을 유지하는 것은 농업 시스템의 지속 가능성에 대한 주요 과제입니다. 포도나무는 문화적으로 중요한 역할을 하며 세계에서 세 번째로 가치가 높은 원예 작물입니다4. 전 세계 와인 재배 지역은 최근 2009년 호주, 2015년 캘리포니아, 2019년 프랑스와 같이 강렬하고 빈번한 가뭄과 폭염에 직면했으며, 그에 따른 와인 생산의 경제적 손실은 상당했습니다5. 점점 더 심각해지고 지속되는 가뭄과 같은 극한 기후에 포도나무가 어떻게 반응하는지 이해하는 것은 증가하는 가뭄 위험에 가장 잘 적응할 수 있는 품종과 포도 재배 관행을 와인 산업에 조언하는 데 중요합니다.
기후 변화에 대한 포도 재배의 적응은 먼저 현상학적 관점에서 접근되었습니다6,7,8. 역사적으로, 특정 포도나무 품종은 특정 지역에 대해 선택되어 그들의 현상학적 주기가 지역 기후와 일치합니다9. 예를 들어 일찍 숙성되는 피노누아와 리슬링은 서늘한 지역에서 재배되는 반면 늦게 숙성되는 그르나슈와 무르베드르는 더운 기후에서 선호됩니다10. 비티스 비니페라(Vitis vinifera)의 생물 다양성은 매우 높으며,8 다양한 생물 현상을 지닌 품종의 다양성이 증가하면 농업 지역의 손실과 기후 변화의 부정적인 영향을 완화할 수 있다고 제안되었습니다7. 그러나 식물 생산성은 물 가용성과 광합성 능력에 의존하므로 현상학을 최적화하는 것만으로는 포도나무의 가뭄 내성을 높일 수 없습니다.
가뭄 저항성과 관련하여 포도나무는 두 가지 특징으로 인해 주요 연간 작물 중에서 두드러집니다. 첫째, 수십년 동안 생산이 예상되는 다년생 작물이다. 따라서 단기 및 장기 가뭄 기간을 견뎌야 합니다. 즉, 수년에 걸쳐 가뭄으로 인한 사망률 임계값을 피하면서 매년 생산할 수 있어야 합니다13. 둘째, 물 부족은 설탕, 안토시아닌 및 탄닌 농도의 증가를 통해 베리와 와인 품질을 향상시킬 수 있으며, 특히 레드 와인의 경우 더욱 그렇습니다. 결과적으로 관개가 허용되는 지역의 생산자들은 수확량 감소를 최소화하면서 고품질 포도 생산을 극대화하기 위해 물을 제한하는 경향이 있습니다. 이러한 이유로 포도나무 생리학에 대한 대규모 연구는 물 사용 효율성을 향상시키는 데 중점을 두고 있으며, 특히 기공 조절 및 광합성 제한의 기본 메커니즘을 밝히려는 시도를 하고 있습니다17,18,19,20,21. 그러나 물 사용 효율성은 종종 가뭄 저항성 및 스트레스 하에서 향상된 작물 수확량과 동일시되지만22 그렇지 않습니다23.
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>
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