ll genoma di carciofo (Cynara cardunculus var. scolymus L.),
di cui l’Italia è il primo paese produttore a livello mondiale, è stato
recentemente decodificato ad opera di un consorzio internazionale coordinato
dal DISAFA - Genetica agraria - dell'Università degli Studi di Torino (Team
leader Prof. Sergio Lanteri), nell'ambito del Compositae Genome Project (CGP).
Il progetto è iniziato nel 2011 in collaborazione con il Di3A dell’Università
di Catania (Team leader Prof. Giovanni Mauromicale) ed il Genome Center
dell'University of California, Davis, (Team leader Prof. Richard Michelmore) a
cui, in una seconda fase, si sono associati l'University of British Columbia
(Team leader Prof. Loren Rieseberg) ed il Crea, Genomics Research Centre,
Fiorenzuola d’Arda (Team leader Luigi Cattivelli).
La comprensione della struttura del genoma del carciofo è
fondamentale per identificare le basi genetiche di caratteri di interesse
agronomico e la futura applicazione di programmi di selezione assistita.
MAS -Marker Assisted Selection
SELEZIONE ASSISTITA DA MARCATORI CHE COS’E’
La Selezione Assistita da Marcatori (MAS, Marker Assisted
Selection) è una tecnica che accelera e semplifica la selezione delle migliori
caratteristiche delle piante attraverso incroci ripetuti.
Si fonda sul principio che la diversità biologica presente
all’interno di una stessa specie offre la possibilità di individuare varietà
sessualmente compatibili con quelle di interesse commerciale, in grado di
esprimere caratteristiche particolari.
Per migliaia di anni l´uomo ha effettuato una selezione
favorendo la riproduzione di animali e vegetali meglio adattati alle condizioni
ambientali locali e in grado di garantire una maggiore resa produttiva.
Ancora oggi questa pratica rappresenta uno strumento essenziale
per garantire il continuo miglioramento varietale animale e vegetale, ma molto
spesso i tempi per ottenere nuove varietà sono molto lunghi.
Per poter scegliere gli individui migliori da riprodurre,
infatti, si deve aspettare che la pianta abbia raggiunto lo stadio di maturità
in cui siano visibili le caratteristiche che si vogliono selezionare.
Nel caso in cui si voglia intervenire sulle caratteristiche
dei frutti, ad esempio, è necessario attendere il raggiungimento della maturità
sessuale che, soprattutto nelle specie arboree, può richiedere anni.
Molti caratteri, inoltre, sono difficili, se non impossibili,
da identificare osservando il fenotipo, ovvero il risultato dell’interazione
delle informazioni ereditarie (genotipo), con l’ambiente circostante che può
inibire o attivare l’espressione di uno o più geni presenti nel DNA.
Nel caso in cui si vogliano selezionare varietà con
accresciute proprietà nutritive o resistenti a stress abiotici, quali siccità e
salinità, la selezione tradizionale fatta sulla base delle caratteristiche del
fenotipo richiederebbe uno sforzo aggiuntivo senza offrire garanzie certe sui risultati.
La Selezione Assistita da Marcatori (MAS) è un modo per
accelerare questi processi di selezione tradizionali utilizzando le conoscenze
di genetica e biologia molecolare.
Tale tecnica si è dimostrata particolarmente utile per
selezionare varietà di diverse specie vegetali con accresciute capacità
produttive, di resistenza agli attacchi parassitari, di maggior tolleranza alla
salinità o con migliorate qualità nutritive.
COME FUNZIONA
Tutti gli organismi viventi trasmettono alla progenie delle
caratteristiche specifiche che sono codificate nel materiale genetico,
costituito da una o, più comunemente, due catene di DNA (acido
desossiribonucleico) o RNA (acido ribonucleico).
I singoli anelli delle catene di DNA sono costituiti dai
nucleotidi le cui unità funzionali alla trasmissione dei caratteri ereditari
sono 4 composti chimici (basi azotate): adenina (A), citosina (C ), guanina (G)
e tirosina (T) (sostituita dall’uracile nel caso dell’RNA).
Un numero minimo di sequenze nucleotidiche particolari
(geni) è alla base della codifica dei caratteri ereditari mentre della maggior
parte del materiale genetico presente nel DNA non se ne conoscono ancora a
fondo le funzioni.
Negli organismi superiori i cromosomi sono presenti in coppie
(omologhi) e cosi’, quindi, i singoli geni che pero’ possono codificare
informazioni diverse, come quelli, ad esempio responsabili del colore degli
occhi nell’uomo.
Quando lo stesso gene è in grado di esprimere lo stesso
carattere in modi diversi si parla di “alleli” che possono essere recessivi,
nel caso in cui si esprimono solo se lo stesso allele è presente in entrambi i
cromosomi (omozogosi), o dominanti se il carattere di cui sono portatori si
esprime anche se l’allele è presente in singola copia (eterozigoti).
La MAS sfrutta la presenza, tra varietà della stessa specie,
di alleli diversi dello stesso gene che siano in grado di esprimere caratteri
desiderati.
Con la mappatura genetica e l’applicazione di tecniche di biologia
molecolare, è possibile individuare ed, eventualmente, isolare i geni che
codificano particolari caratteri e associarli a determinate sequenze
nucleotidiche che si trovano prima e dopo di loro lunga la catena di DNA e che
nel corso della riproduzione vengono trasferite assieme ai geni cui sono
associate.
Supponiamo, ad esempio, di voler usare queste informazioni
per trasferire un determinato carattere (o più caratteri) codificato da un
allele presente in una varietà donatrice (A), priva di valore commerciale, in
una varietà ricevente (B) di interesse economico.
Conoscendo la sequenza dei marker molecolari, un rapido test
del DNA della progenie derivante dall’incrocio A x B consente di individuare
gli individui che presentano sequenze nucleotidiche tipiche della varietà B ad
eccezione della presenza dell’allele desiderato proveniente dalla varietà A e
vengono quindi selezionati per essere incrociati di nuovo con individui della
varietà B.
Questo processo di incrocio mirato viene ripetuto fino a che
l’allele non sia stabilmente incluso nel genoma della nuova varietà
(introgressione).
Grazie alla MAS è possibile dimezzare i tempi richiesti
dalle tradizionali tecniche di ibridazione, basate sulla selezione fenotipica
degli individui adulti. Si è inoltre dimostrata particolarmente adatta per
intervenire sul trasferimento di caratteri poligenici, regolati cioè
dall’azione congiunta di più geni.
Per saperne di più:
FAO, 2006. Risultati del forum elettronico sulle
biotecnologie (ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/009/a0744e/a0744e00.pdf
)
FAO, 2007.
Marker-assisted selection : Current status and future perspectives in crops, livestock,
forestry and fish (http://www.fao.org/docrep/010/a1120e/a1120e00.htm
)
LE DIFFERENZE TRA MAS E OGM
Le varietà prodotte con l’applicazione della MAS non
contengono frammenti di DNA estraneo alla specie cui appartengono dal momento
che l’introgressione dei caratteri avviene tramite riproduzione sessuata e per
semplice modifica degli alleli di uno stesso gene. Cio’ significa che il numero
e la disposizioni dei nucleotidi lungo la catena del DNA è identica agli individui
appartenenti alla varietà di partenza.
Al contrario, per creare un OGM è necessario bombardare
culture cellulari della specie che si vuole modificare con un “pacchetto” di
materiale ereditario costituito dal gene di interesse accompagnato da geni che
ne regolano l’attività (promoters).
In diversi casi, inoltre, ne vengono anche aggiunti alcuni
che esprimono la resistenza a specifici antibiotici e che hanno l’unica
funzione di agevolare il processo di selezione delle cellule che si sono
trasformate come desiderato.
Dopo aver bombardato la coltura cellulare con il pacchetto
transgenico, è sufficiente esporla agli antibiotici di cui si è indotta
resistenza per uccidere tutte le cellule che non hanno incluso nel loro DNA i
geni esogeni.
Anche se in termini relativi il materiale genetico aggiunto
al DNA ricevente rappresenta percentuali trascurabili, gli OGM presentano un
numero di geni superiore a quello del DNA di partenza ed una diversa sequenza
nucleotidica.
Gli effetti di cio’ sono difficilmente prevedibili dal
momento che è conosciuta la possibilità di interazione tra geni diversi nonché
la possibilità che l’inclusione casuale del transgene in un diverso genoma
possa attivare, sopprimere o modificare l’azione di altri geni.
L’ingestione di OGM che contengono anche i geni di resistenza
agli antibiotici, inoltre, espone l’organismo al rischio che frammenti di DNA
transgenico vengano inclusi nel genoma dei batteri gastrici ed intestinali
degli animali, uomo incluso, rendendoli immuni agli antibiotici.
Nel caso in cui l’organismo venisse attaccato da batteri
patogeni l’ibridazione con la flora batterica endogena potrebbe finire per
creare ceppi patogeni resistenti che finirebbero per rendere inefficaci i
trattamenti terapeutici con gli antibiotici target.
L’insieme di questi rischi ha spinto il legislatore, in
particolare europeo, ad emanare norme che regolano diversi aspetti che coprono
il rilascio in ambiente di OGM, la loro presenza in alimenti e mangimi animali
e la relativa etichettatura e l’uso di marker di resistenza agli antibiotici.
L’OECD ha stimato che i costi amministrativi per il rilascio
di un nuovo OGM sono compresi tra i 0,4 ed i 13 milioni di dollari che vanno ad
aggiungersi ai costi di ricerca.
Le varietà prodotte dalle MAS non presentano nessuno di questi
elementi di incertezza né costi aggiuntivi per le autorizzazioni ed è per
questa ragione che non vengono osteggiati dalla società civile come invece
accade per gli OGM.
CASI DI APPLICAZIONE DELLA MAS
La selezione assistita con l’ausilio di marker molecolari
viene praticata con grande successo da ben prima dell’avvento degli OGM e con
risultati decisamente più incoraggianti e meno controversi addirittura in
diversi PVS.
A questo punto è pero’ d’obbligo ricordare che soluzioni tecnologiche
possono essere utili strumenti in Paesi dove esiste un sistema produttivo
organizzato e una strategia di sviluppo agricolo ed in assenza dei quali
l’apporto tecnologico del miglioramento varietale non puo’ essere valorizzato.
Selezionare nuove varietà più produttive puo’ risolvere i problemi strutturali della
fame nel mondo che risiedono nella povertà, nella mancanza di accesso a beni,
quale l’acqua, o ai servizi, quali le infrastrutture viarie o ancora per
l’impossibilità di competere su un mercato internazionale drogato dai sussidi
all’agricoltura dei Paesi più ricchi.
Dai forum di discussione sulle le biotecnologie in campo agroalimentare
organizzati dalla FAO, è emersa chiara la necessità che anche applicazioni non
controverse come la MAS vadano ad integrare e non sostituire, le tecniche di
selezione tradizionale valutando attentamente, anche sotto il profilo
economico, il valore aggiunto apportato.
Cio’ premesso, le potenzialità della MAS, soprattutto con l’utilizzo
di nuove tecniche di mappatura dei marker molecolari e l’applicazione della
bioinformatica, viene riconosciuta da più parti ma rimane difficile avere un
conto preciso delle varietà prodotte con la MAS già immesse sul mercato. La
difficoltà è data dall’assenza di atti obbligatori precedenti l’immissione e l’assenza
di un registro separato da quello delle varietà tradizionali.
In un rapporto della FAO del 2007 sullo stato di applicazione
di diverse biotecnologie in campo vegetale la MAS risulta applicata in 11 dei
25 PVS analizzati, mentre la transgenesi interessa appena 3 Paesi.
Complessivamente nel rapporto vengono riportati 677 progetti di applicazione
della MAS su coltivazioni erbacee ed arboree a diverse fasi di sviluppo come riportato
nella tabella seguente
Fase Culture erbacee Culture arboree Totale
Sperimentazione 344 179 523
Sperimentazione in
campo
107 8 115
Commercializzazione 4 1 5
Non identificata 34 0 34
Totale 489 188 677
In un rapporto del 2009, Greenpeace International identifica
28 varietà selezionate con la MAS e già immesse sul mercato, di cui 15
registrate negli USA (54%), 5 in India(18%), 2 in Australia, Indonesia e
Filippine (21%) e una in Italia ed in Cina (8%).
A differenza degli OGM la cui stragrande maggioranza esprime
caratteri di resistenza agli erbicidi e/o ad attacchi di insetti, 23 delle 28
varietà riportate (82%) presentano caratteristiche di resistenza ad attacchi
patogeni.
Inoltre, mentre la transgenesi viene applicata
prevalentemente a coltivazioni di commodities (mais, soia e cotone) nel caso
della MAS il rapporto è inverso: 10 delle 28 varietà da MAS riguardano il riso,
4 orzo e fagioli, 6 grano e 1 miglio, soia, mais e pomodoro.
Oltre alle varietà giunte alla fase di commercializzazione,
la ricerca sulle possibili applicazioni della MAS riguarda patate, cassava,
patate dolci, cacao, banano, canna da zucchero e diverse leguminose.
La MAS sembra essere particolarmente utile a facilitare il
passaggio di caratteri quantitativi, quelli cioè regolati dall’azione di più
geni come la resistenza alla siccità o alla salinità.
IN ITALIA
Le stime sulle varietà ottenute con la MAS e già presenti
sul mercato sono molto sottodimensionate e diverse nuove varietà sono già da
anni sul mercato presentate come varietà tradizionali.
In Italia, oltre ad alcuni centri di ricerca di
multinazionali sementiere, il Consorzio Sementi dell’Emilia Romagna presenta
diverse linee di ricerca di applicazione della MAS sul grano per la selezione
di varietà resistenti ad attacchi fungini e batterici, con elevato contenuto in
amilosio, resistenti alla siccità ed alla carenza di azoto.
Diversi centri di ricerca italiani sono da anni impegnati
nel campo della MAS con progetti che riguardano, tra gli altri, il grano, il
pomodoro, il peperone, il melo e la susina.
Tra le istituzioni pubbliche di ricerca figurano in
particolare l’Università Federico II di Napoli, diverse sedi CNR, l’Università
di Bologna, l’Istituto di Cerealicoltura di Fiorenzuola d’Arda e il Consiglio
per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura del Ministero delle
Politiche Agricole e Forestali, l’Università di Catania, l’Univesità di Torino
e l’Istituto sperimentae di frutticoltura di Roma.
IN EUROPA
In Europa esistono vari centri di ricerca che si occupano
della Mas, presenti soprattutto in Scozia,Germania, Paesi Bassi, Turchia,
Francia, Regno Unito, Austria.
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