Introdurre la resistenza a peronospora e oidio in vite
Nel ciclo di produzione della vite (Vitis spp.), è fondamentale il controllo fitosanitario, per preservare sia la produzione sia la qualità delle uve. Il controllo delle patologie, oidio e peronospora in primis, viene attuato principalmente attraverso l’uso di prodotti chimici. Ad oggi la viticoltura impiega il 67% di tutti i fungicidi utilizzati in agricoltura, pur occupando solo il 3,3% di tutta la superficie agricola mondiale. La coltivazione della vite quindi, specialmente per quanto concerne la protezione contro le malattie, risulta delicata.
Obiettivo di questo studio è stato quello di ottenere varietà resistenti e con caratteri importanti per il mercato, che necessitino di un uso minore di fungicidi in modo da allinearsi, in un ottica Green, alle direttive comunitarie.
Un metodo sicuro volto a garantire produzioni abbondanti, di qualità e con un minimo uso di agrofarmaci è l’uso di varietà geneticamente resistenti ottenute tramite incrocio.
Le strategie difensive
Indipendentemente dal patogeno, esistono 2 strategie che la pianta usa per difendersi dalle infezioni:
- la resistenza alla penetrazione del patogeno
- la morte cellulare programmata
La resistenza alla penetrazione blocca la breccia che attua il patogeno nella parete e nella membrana cellulare e quindi previene la formazione delle strutture fungine atte a perforare. La morte cellulare programmata è invece esercitata dentro la cellula infettata e induce la morte della stessa (risposta ipersensibile; necrosi), bloccando in tal modo l’apporto di nutrienti richiesti dal fungo per la crescita e lo sviluppo. Il riconoscimento pianta-patogeno e la successiva attivazione delle risposte difensive della pianta vengono rappresentati con il cosiddetto “Plant immunity system” dove il riconoscimento intracellulare del patogeno è mediato da una classe di recettori proteici codificati dai geni di resistenza (geni R) che determinano la resistenza a patogeni virali, batterici e fungini oltre che a nematodi e insetti.
I caratteri agronomici
Un altro importante carattere, in particolare per il mercato dell’uva da tavola, è l’assenza di semi (apirenia), presente in molte varietà sia per il consumo fresco sia per quello essiccato.
Il miglioramento genetico tradizionale è troppo lento per far fronte alla richiesta di nuove varietà con diversi caratteri, mentre la selezione attuata con biotecnologie molecolari e genetiche può aiutare enormemente il selezionatore nell’ottica del miglioramento genetico. Sotto questo aspetto, i marcatori molecolari presentano un enorme potenziale per migliorare l’efficienza e la precisione del breeding convenzionale attraverso la cosiddetta “selezione assistita da marcatori molecolari” (MAS: marker assisted selection) la quale permette di applicare una selezione già nelle prime fasi di crescita vedendo la presenza dei tratti d’interesse direttamente nel DNA. Questo tipo di tecnologia non rientra tra quelle interessate dalla Direttiva 2015/412 che norma gli OGM.
Introdurre resistenze
Per introdurre, tecnicamente introgredire, in varietà coltivate agronomicamente valide geni di resistenza si procede all’incrocio tra varietà donatrici di geni R e varietà già in coltivazione oppure è possibile incrociare direttamente diverse varietà già resistenti. L’obiettivo potrebbe anche essere di unire diverse resistenze provenienti da linee diverse in modo tale da ottenere la piramidazione dei geni R e quindi ottenere varietà con uno spettro di resistenza più ampio. Per raggiungere questo scopo, il gruppo di ricerca appartenente al Dipartimento di Scienze agrarie ed ambientali dell’Università degli studi di Udine, ha deciso di attuare incroci tra specie donatrici di geni R e varietà già valide, sia per uva da vino sia per quella da tavola. Successivamente, analizzando i marcatori molecolari si è verificato se la progenie avesse ereditato geni R e se nei singoli individui ci fossero contemporaneamente più resistenze.
Materiali e metodi
Lo studio è iniziato con gli incroci tra le varietà o accessioni portanti i geni d’interesse e la varietà da migliorare attraverso l’impollinazione artificiale. Eseguiti gli incroci, al termine della stagione, dai grappoli sono stati estratti i semi e da questi si sono ottenute le nuove piante. Dalle foglie di queste nuove piante, il DNA è stato estratto e sequenziato nelle regioni di interesse.
Risultati
Sono stati condotti in tutto 8 incroci, 5 per migliorare l’uva da tavola per ottenere nuove varietà che portassero i geni di resistenza alle patologie e il carattere dell’apirenia e 3 incroci per migliorare varietà da vino sempre con i geni di resistenza. Da questi incroci si sono ottenuti molti individui resistenti, ma soprattutto alcuni che avevano ereditato tutti i geni di resistenza presenti nel singolo incrocio. Questi individui infatti presenteranno un elevato grado di resistenza e sarà più difficile per il patogeno riuscire a superare queste barriere evolvendo tramite la selezione naturale.
Per quanto concerne l’uva da tavola si sono migliorate le varietà Sultanina e Moscato, per ottenere varietà similari ma resistenti. Altri incroci hanno previsto l’ibridazione di diverse accessioni resistenti per creare nuove varietà che portassero le resistenze e il carattere apirenia. Per quanto concerne l’uva per la vinificazione si sono condotti incroci per migliorare le varietà Lambrusco e l’importante varietà Glera (il cui vino è il prosecco) con geni di resistenza donati da accessioni che portano nel proprio genoma questi geni. In ultimo si sono volute ottenere nuove varietà con tutti e 3 i geni di resistenza alla peronospora, incrociando la varietà già resistente Solaris, con un’altra accessione resistente.
Discussione
L’utilizzo delle conoscenze della genetica e le moderne tecniche molecolari per ottenere varietà migliorate, come per le resistenze alle malattie, sono i mezzi più efficaci che abbiamo a disposizione per ottenere una riduzione drastica nell’uso dell’agrochimica. Inoltre, possiamo ipotizzare di associare ai caratteri di resistenza altri caratteri per molti tratti importanti. In questo modo, coltivatori, consumatori e ambiente potranno trarre indubbi vantaggi in termini di salute pubblica e conservazione dell’ecosistema in un’ottica di sviluppo sostenibile.
Con questo lavoro si sono ottenuti grazie alla MAS piante resistenti non OGM. Ma oltre alla tecnica della MAS (selezione assistita da marcatori molecolari) la genetica applicata al miglioramento vegetale sta scoprendo, ed in parte ha già scoperto, nuove e valide tecniche. Nei sistemi già esistenti di ingegneria genetica (transgenesi), volti ad ottenere OGM, si sta sempre più diffondendo il cosiddetto Genome Editing: un tipo di ingegneria genetica in cui il DNA viene inserito, eliminato, modificato o sostituito nel genoma di un organismo vivente, grazie all’utilizzo di specifici enzimi di restrizione.
Un’altra tecnica che sta destando attenzione è la Cis Genetica. La cisgenica è un processo mediante il quale i geni possono essere trasferiti artificialmente tra organismi “parenti” che potrebbero essere coltivati convenzionalmente. Infatti a differenza della transgenesi, nella cisgenica vengono trasferiti solo geni di organismi strettamente imparentati. In Europa attualmente questo processo è disciplinato dalle stesse disposizioni legislative della transgenesi ma i ricercatori ritengono che questa legislazione dovrebbe essere modificata e meglio regolamentata rispetto al quella riferita alla transgenesi. L’utilizzo della cisgenica inoltre per molti scienziati dovrebbe essere meglio realizzata e non affrontare le stesse critiche mosse contro la classica modificazione genetica. La cisgenica ha il vantaggio rispetto al processo convenzionale di miglioramento della specie dato che può fornire nuove varietà di colture più velocemente e a costi contenuti.