A complete gene expression atlas of Vitis vinifera cv. Corvina: a useful guide to the grapevine transcriptome

Questo lavoro di tesi descrive una completa mappa di espressione genica della vite comune (Vitis vinifera), considerata la pianta da frutto più coltivata al mondo. Comprensione profonda della complessità trascrizionale durante lo sviluppo della bacca è stata innanzitutto ottenuta grazie all’utilizzo della tecnologia RNA-Seq. La messa a punto della piattaforma NimbleGen ha permesso di avviare l’ambizioso progetto sulla mappa di espressione genica di vite. Il primo atlante dell’intero trascrittoma di vite è basato su 54 diversi campioni esprimenti circa il 93% dei geni predetti in vite. Polline e foglia in senescenza mostrano profili trascrizionali unici, mentre l’analisi microarray raggruppa tutti gli altri campioni nella categoria vegetativa/verde o matura/legnosa, sulla base della fase di sviluppo o maturazione piuttosto che dell’identità dell’organo stesso. Questa fondamentale riprogrammazione del trascrittoma durante la maturazione è stata evidenziata da tre distinti approcci statistici (analisi di correlazione con distanza di Pearson, O2PLS-DA e infine “biclustering” basato su “topic models”) e supportata inoltre da un’analisi di coespressione genica. Lo spostamento verso un programma di maturazione sembra essere causato dalla coattivazione reiterativa di vie metaboliche o processi che sono per lo più inattivi nei tessuti in fase vegetativa/verde. Inoltre si osserva spesso il coinvolgimento di una coregolazione basata sulla vicinanza dei geni sul genoma e una regolazione globale basata sull’uso preferenziale di codoni.

This thesis describes a complete gene expression atlas of the common grapevine (Vitis vinifera), which is the most widely-cultivated fruit crop in the world. New insights into the transcriptional complexity during berry development were firstly provided using RNA-Seq technology. The setting up of NimbleGen platform enabled the launch of the challenging project of the grapevine gene expression map. The first genome-wide transcriptomic atlas of grapevine is based on 54 diverse samples expressing ~93% of predicted grapevine genes. Pollen and senescent leaves have unique transcriptomes but microarray analysis grouped all other samples into vegetative/green or ripe/woody categories based on maturity rather than organ identity. This fundamental transcriptome reprogramming during maturation was highlighted by three distinct statistical approaches (Pearson’s correlation distance, O2PLS-DA and topic-model-based biclustering analyses) supported by gene coexpression analysis. The shift to the ripe/woody developmental program results from the reiterative coactivation of pathways that are largely inactive in vegetative/green tissues, often involving the coregulation of neighbouring genes and global regulation based on codon preference.