Genetic characterization and relationships of traditional grape cultivars from Serbia

Genetic characterization and relationships of traditional grape cultivars from Serbia

The history of viticulture in Serbia

Serbia is located in the central Balkans, at the crossroads between Asia and Europe, on the line dividing various nations and civilisations of the East and the West. Due to its favourable climate and geological characteristics, the area of the Balkans is an ancient wine-growing region and both Serbia and many neighbouring countries have a long viticulture tradition.

 The first reported occurrence of Vitis vinifera in Balkan dates in the Neolithic period in the form of wild grape (BURIC 1972). In the beginning of the 2nd millennium B.C., domesticated grapevines were found in the Southern Balkans (LOGOTHETIS 1970). Early traces of viticulture and winemaking in the territory of Serbia are vessels belong already to the Iron Age and the Bronze Age (400 - 200 BC). BURIC(1972) stated that, based on fossil remains found in the territory of Croatia, Bosnia and Herzegovina, we may even assume that the grapevine has been independently domesticated in these regions. In addition, he further stated that historians Dio Cassius (40-110 AD) and Strabo (63/64 BC - ca. AD 24) described the Illyrian and Celtic grapevine from the Pannonia region (located in current Serbia, Croatia, Hungary and Romania).

The turbulent history of the Balkans and the changes of different cultures affected the ups and downs in the development of viticulture. During Middle Ages, the Roman Empire promoted viticulture and spread its cultivation in the Balkans. Upon their arrival to the Balkans (600-900AD), the Slavic peoples discovered grapevines and took to its cultivation. In medieval Serbia, viticulture progressed thanks to the feudal authorities and the monasteries on whose properties the grapes were grown. In addition, wine became a true national beverage among the common people.

 With the establishment of the Ottoman Empire, Serbian viticulture focussed more on the cultivation of table grape varieties, mainly through the introduction of new varieties from the Middle East. At the end of the 19th century, Serbian viticulture shared the same fate as the European, due to the expansion of disease-causing agents from America, resulting in devastation of many vineyards. After a recovery period, new areas with grapevine were established with wine varieties introduced mainly from France and table grape varieties of various origins.

 Along with the introduced varieties, many smaller manufacturers, as well as large state-owned companies, also started growing native varieties, such as Prokupac, Smederevka, Plovdina, Tamjanika and several other varieties of minor importance.

 The identification of plant material by ampelography sometimes results in misinterpretation and a more objective characterization of local cultivars is required. Molecular marker profiles enable a direct comparison of the similarity of genotypes at the DNA level and serve as a valuable adjunct to the morphological description. 


Genetic identification for Grapevine Diversity Exploration Project

The first application of the SSR markers to the Serbian grapevine germplasm, in order to provide reference descriptors for the identification and evaluation of genetic relationships of local cultivars, was carried out in the framework of project, financed by the Ministry of Education and  Science of the Republic of Serbia for the period 2011-2015 and COST Action, entitled “East-West Collaboration for Grapevine Diversity Exploration and Mobilization of Adaptive Traits for Breeding”.

The study aimed to support a development of the regional germplasm collection of native grapevines in order to preserve the agricultural biodiversity. Woody sets of 22 grapevines putatively corresponding to 12 varieties were sampled in the collection "Radmilovac", maintained by the Faculty of Agriculture at the University of Belgrade, the collection "Sremski Karlovci", maintained by the Faculty of Agriculture at the University of Novi Sad and in old vineyards in the Župski and Negotinski vine growing districts. These samples were analysed with 10 SSR markers generated 12 distinct molecular profiles.

This study provided the first molecular characterization of ancient grapevine cultivars grown in Serbia. Reference DNA profiles were generated for 12 varieties through a genotyping approach that included the ‘core set of 9 SSR markers chosen by the international grape community for genetic identification and further 13 common microsatellites to strengthen genetic relationship analysis. Consistent matching with SSR markers of grapevines cultivated in neighbouring countries or maintained in European germplasm collections was found for most of the molecular profiles, suggesting possible synonyms and revealing that Muskat Krokan corresponds to Muscat Fleur d’Oranger and two Tamjanika cultivars are identical to Moscato Giallo and Moscato Rosa. These three Muscat-type cultivars showed identical SSR profiles with true-to-type Moscato Giallo, Moscato Rosa and Muscat Fleur d’Oranger varieties.

 When compared with germplasm that represents the classical eco-geographic grouping of grape varieties, Serbian cultivars were divided into two distinct clusters:

  • the Muscat-type cultivars were included within the Convar orientalis subconvar caspica,
  • the non-Muscat genotypes were assigned to the group of Convar pontica suconvar balcanica in accordance with their origin.

 Serbian non-Muscat genotypes clustered within the Convar pontica subconvar balcanica taxonomy thus supporting their indigenous origin.

Video


Serbian varieties: Tamjanika, Slankamenka (Plovdina), Kreaca, Ruzica, Sremska Zelenika, Muscat Krokan, Smederevka, Prokupac, Začinak, Ćilibarka

Different samples collected from the same putative grapevine variety in the collections or in old vineyards showed identical molecular genotypes except for Tamjanika Bela accessions, which showed two diverse DNA profiles. One identical genotype was found between varieties of Tamjanika (Bela and Crvena), suggesting a potential misnaming. Varieties with prefix Tamjanika in nature are all Muscat type cultivars. Tamjanika Bela and Tamjanika Crvena have the same markers profile of the true-to-type variety Moscato Giallo, a yellow-skinned member of the Muscat family sometimes called Gold-muskat Eller in Northern Italy and Germany. Tamjanika Bela and Tamjanika Bela NG did not match either to reference Muscats or other cultivar profiles consulted, therefore excluding the synonymy with the Bulgarian variety Tamyanka identified as Moscato Bianco. 

Identical SSR genotypes occurred also between Slankamenka Crvena and Plovdina accessions - however, those are already known synonyms being the first a common name for Plovdina cultivars in the province of Vojvodina, in the North of Serbia. All but two genotypes did match the SSR profiles of grapevine cultivars, thus revealing that some genetic resources are represented at least in one different European germplasm repository whereas others may be synonyms for minor varieties cultivated in neighbouring countries or elsewhere. 

Kreaca, Ružica and Sremska Zelenika are autochthonous varieties of the Pannonia plain and they are spread in the Northern part of Serbia (Vojvodina), Hungary and Romania. In Serbia, Kreaca is also called Banat Riesling as it is a common cultivar in Serbian and Romanian Banat.

 The accession Muscat Krokan on the other hand, is cultivated only at the location called the "Pearl Island" in the Banatsko-Potisko, a vine-growing district, and its origin was not known. This study determined the genetic identity with true-to-type Muscat Fleur d’Oranger, a variety apparently derived from a cross between Chasselas and Moscato Bianco, based on evidence, provided by SCHNEIDER et al. (2008).

Smederevka, Prokupac, Plovdina and Začinak are considered autochthonous varieties that belong to Convar pontica, Convarietas balcanica. Smederevka is grown in many Serbian vine growing districts and got its name since it was cultivated in the vicinity of Smederevo at the time of the Roman Empire in the 3rd century B.C.. Serbian variety Smederevka and Bulgarian Dimyat were suggested to be synonyms on the basis of morphological descriptors. This has been confirmed with the SSR markers in comparison with the data of ancient cultivars conserved at AgroBioInstitute of Sofia (Bulgaria). Prokupac and Začinak are considered old Serbian autochthonous grapevine varieties as well. Prokupac is common in all Serbian winegrowing districts, especially in southern Serbia, while Začinak is mainly grown in eastern Serbia (Timok vine growing district). The Prokupac sample analysed in this study perfectly matches the SSR profile of the Prokupac accession maintained in the DEU098 collection. On the other hand, no synonyms nor homonyms were found for Začinak. Plovdina is a variety traditionally grown along with Prokupac in the same vineyards. The comparison of the SSR profile suggests that the Serbian Plovdina could be synonym of the Bulgarian Pamid, which in turn was found to be identical to the Greek cultivar Pamidi by HVARLEVA et al. (2004).

Finally, Ćilibarka is a domesticated table grape cultivar which is thought to originate from the Middle East and that is mainly cultivated in gardens. The variety was much more common before the phylloxera crisis and might have different names. This research found an accession with identical SSR profile within the DEU98 collection; however, its name Cornichon Blanc is not certain. Further research is necessary to provide evidence of the synonymy of the cultivars.

Tatjana Knezevic, Patricija Muzlovic

A lot of work is done and will continue with the help of the  Institute of Field and Vegetable Crops of Novi Sad (Institut za ratarstvo i povrtarstvo, Novi Sad).


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