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Plants for the future

Nuove conoscenze e tecnologie per migliorare lʼAgricoltura di domani

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Agricoltura sostenibile, necessità di ottenere una elevata qualità pur mantenendo alta la produttività, redditi minacciati dalle congiunture internazionali e dalla concorrenza globale: questi ed altri temi inquietano il mondo agricolo del nuovo millennio.

Una soluzione, almeno parziale, arriva dalla crescita esponenziale di conoscenza e dal costante miglioramento delle tecnologie applicate alla creazione e alla gestione di tale conoscenza.

Il ventunesimo secolo è iniziato con lʼannuncio del sequenziamento del genoma umano e da allora in pochi anni sono stati identificati i genomi di centinaia di organismi, non solo procarioti ma anche eucarioti. Ad oggi oltre una decina di piante sono state sequenziate con risultati di elevata qualità. Di queste ben 4 sono piante da frutto.

In Trentino abbiamo puntato moltissimo su questi contributi alla conoscenza, dapprima per stimolare interesse e poi per ottenere applicazioni importanti nel miglioramento genetico delle piante di maggior interesse (vite, melo, fragola, lampone). Tra il 2007 ed il 2010, i genomi di vite, melo e fragola sono stati depositati nelle banche dati mondiali, anche con un importante contributo della FEM.

Siamo di fronte ad un nuovo paradigma nella ricerca applicata: la conoscenza di base su queste piante non è più il collo di bottiglia. Ora è possibile pensare a credibili piani di miglioramento genetico e allʼottenimento di nuovi genotipi ad alto valore aggiunto.

Lʼagricoltura ha una grande chance di cambiamento, è il momento di lavorare sulla pianta!

Lʼagronomia continuerà a fornire fondamentali istruzioni su come gestire al meglio le colture, ma la conoscenza di base fondata sui genomi aiuterà nei prossimi anni produttore e consumatore a trovare importanti risposte: piante che tollerano i propri patogeni fino al punto di resistervi, piante che richiedono un intervento minimo dellʼuomo (con risparmio di tempo, denaro e fatiche, impensabili fino a pochi anni fa), piante che garantiscano un reddito grazie allʼinnegabile qualità ed originalità del prodotto ma che al contempo offrano una elevata qualità nutritiva.

Allʼesperienza di campo del coltivatore e del produttore e alle tecniche agronomiche più sofisticate si aggiungeranno nuove opportunità di scelta. Sarà possibile fare una caratterizzazione territoriale e di prodotto, con un limitato intervento dellʼuomo e nel rispetto dellʼambiente, andando ben oltre le più rosee previsioni.

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Dalla genomica nuove opportunità nella coltivazione del melo

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Ilmelo è la pianta da frutto più diffusa nei climi temperati, largamente dominante nella nostra regione. La necessità di conoscere maggiormente la sua biologia e lʼopportunità di capitalizzare le esperienze accumulate con lʼattività svolta nella genomica della vite ha portato alla realizzazione della decodifica del genoma del melo. Ci si è concentrati sulla varietà Golden Delicious, tra le prime tre più coltivate al mondo, in assoluto la più diffusa in Italia ed in Trentino. Il nostro obiettivo primario è stato raggiunto con il sequenziamento completo del genoma di Golden Delicious, realizzato nellʼambito di un consorzio di istituti di ricerca ed università di tre continenti, Europa, Nord America e Oceania.

Lacopertura complessiva di 17 volte il totale del genoma ha consentito la stima delle sue dimensioni (742,3 milioni di basi). Il totale della sequenza è costituito da circa 1.600 scaffolds (frammenti di cromosomi), copre circa 603 milioni di basi e rappresenta oltre lʼ81% del genoma. Lʼancoraggio del 72% del totale è stato ottenuto tramite 1.643 marcatori molecolari (tipo SSR e SNP) distribuiti lungo i 17 cromosomi, lungo circa 1.130 cM. Dalle analisi del genoma emerge in particolare lo straordinario numero il

Essi coprono circa 603 milioni di basi, oltre lʼ81% del genoma di geni, oltre 57.000, dove spiccano ad es. i fattori di trascrizione (oltre 4.000) ed i geni correlabili alle resistenze a patogeni (circa 1.000). Oltre il 90% di questi è stato assegnato ai cromosomi ed ordinato. I cromosomi attualmente presenti nel genoma sono il prodotto di una duplicazione relativamente recente (35-50 milioni di anni). Essa ha portato a 17 il numero dei cromosomi delle specie botanicamente classificabili nella tribù delle Pyreae (melo, ma anche pero, cotogno e sorbo) partendo da un numero di cromosomi pari a 7-9 normalmente presenti nelle altre Rosaceae (pesco, 8; fragola, 7; Spireae e Gillenia, 9).

Lʼanalisifilogenetica di tali sequenze ha permesso di chiudere unʼaccesa discussione sulla filogenesi del genoma delle Pyreae, nella quale ci si chiedeva se i 17 cromosomi attuali sono il risultato di un evento allopoliploide (con una fusione tra due genomi di 9, Spi- reae-like e 8, Prunus-like) oppure di un evento di autopoliploidia (Gillenia-like, 9). I nostri dati supportano questʼultima teoria ed hanno inoltre permesso di identificare il più vicino antenato selvatico del melo coltivato. Porzioni del genoma di 74 diversi genotipi di melo sono stati risequenziati e confrontati a livello nucleotidico. Da queste analisi è emerso in maniera univoca che il contributo di M. sylvestris (europeo) al melo coltivato è quasi nullo e che invece il M. sieversii (centroasiatico) è praticamente indistinguibile da M. x domestica

Diimportanza fondamentale è lʼidentificazione nel genoma della cultivar Golden Delicious di numerosissimi marcatori molecolari, prevalentemente di tipo SNP (polimorfismi a singolo nucleotide).

Tali SNPs (circa 3.000.000) forniranno un arsenale di marcatori molecolari estremamente potente per aiutare i ricercatori a chiarire le basi genetiche dellʼereditarietà dei caratteri di interesse agronomico e della qualità del frutto, in modo da consentire una più rapida ed efficace attività di miglioramento genetico.

Gliattuali obiettivi del miglioramento genetico riguardano la produzione di varietà resistenti ai patogeni fungini, batterici e da fitoplasmosi e lʼincremento delle caratteristiche nutrizionali e salutistiche del frutto, in combinazione con caratteristiche pomologiche di pregio, come elevata croccantezza e serbevolezza.

Per lʼidentificazione di sorgenti di variabilità genetica utile al miglioramento genetico è inoltre in via di completamento una vasta collezione di germoplasma, consistente in più di 1.200 cultivar di melo.