Innovazioni nel miglioramento genetico convenzionale e biotecnologico delle piante da frutto - SOI
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Review n. 29 – Italus Hortus 23 (2), 2016: 45-62
Innovazioni nel miglioramento genetico convenzionale e biotecnologico
delle piante da frutto
Silviero Sansavini e Luca Dondini
Dipartimento di Scienze Agrarie, Università di Bologna
Ricezione: 8 dicembre 2016; Accettazione: 29 dicembre 2016
Innovations in conventional and bio- that the obtained plants will neither be admitted to
techological breeding in fruit tree field trials nor authorized for commercial release). As
for genome editing (not to be confused with GMOs),
species
the development of new technical CRISPR variants,
adapted to fruit trees, is particularly crucial. In addition
Abstract. A heated debate is currently taking place
to the insertion of modification in the target regions
in the scientific community about the use of two
and the guarantee of the absence of heterologous
distinct breeding approaches: the conventional bree-
DNA, this will provide assurance on the variety geno-
ding (based on crossing and selection assisted by
me preservation and the maintenance of the related
molecular-selective technologies such as MAS and
fruit high quality standards.
MAB) and the breeding that uses the new techniques
made available by the modern biotechnologies (an
Keywords: breeding, biotechnologies, cisgenesis,
alternative or complementary way to reach goals that
DNA editing.
are not achievable by conventional breeding). This
second approach allows the transfer of resistance
genes to pathogens or to abiotic stresses (such as
drought, salinity and weather anomalies) as well as Introduzione
the improvement of the fruit nutritional value without
affecting the quality standards of cultivars. Today, in La rivoluzione verde, che ha profondamente
addition to the classic transgenic approach (GMOs), modernizzato l’agricoltura italiana nella seconda metà
the new plant breeding technologies (NPBT), such as del secolo scorso, ha cambiato anche il volto della
“genome editing” and cisgenesis, are available. The frutticoltura e della viticoltura, specie nelle regioni
genome sequence of the main fruit tree species and che più hanno contribuito a formare distretti frutticoli
the support of specific molecular markers for the iden- o viticoli specializzati, ad alta vocazione ambientale.
tification of gene responsible for target traits made the Esempi eclatanti: melo nelle vallate alpine, il pero
breeding goals achievable in a much shorter time.
nella pianura padana, il pesco nella pianura romagno-
Protocols for the analysis of molecular markers (SSR,
SCAR, SNP) linked to monogenic and polygenic traits
la, veneta e campana, l’uva in Puglia, il kiwi nel
(eg. QTLs), such as fruit quality traits, their sensory Lazio e nelle colline romagnole) la vite in quasi tutte
features and the tree adaptability to environmental le regioni italiane.
conditions are available. The new genotyping techno- Come da tempo scrivono gli esperti, l’eccellenza
logies allow the early selection at genome level in produttiva italiana, e quindi la conquista dei mercati
each single plant as well as the screening germplasm internazionali, è dovuta per una buona metà alle inno-
(ancient genetic heritage) looking for genes (or gene vazioni varietali che hanno soppiantato, con la fine
allelic variants) with the aim to recover traits that have anticipata dei vecchi impianti, varietà obsolete, per lo
been lost during crop evolution or because of an envi- più di origine straniera. Erano state introdotte, gradual-
ronmental selective pressure. Furthermore, the mente, da un vivaismo divenuto molto attivo, quando
markers are useful to "build" customized fruits to pre- fu ammessa, dagli anni ‘60, la tutela delle varietà bre-
vent diseases or to improve fruit quality and storage.
vettate, quindi l’esclusività dei diritti di propagazione
The potential offered by new plant breeding technolo-
gies to the current breeding of fruit tree species are
vivaistica. L’Italia aderì all’internazionalizzazione
certainly achievable by cisgenesis (but with the risk delle regole predisposte dall’UPOV nel 1975.
Successivamente, l’Italia, prima presso istituzioni
pubbliche e poi anche col diffuso concorso di Enti
*
silviero.sansavini@unibo.it privati (editori, gruppi vivaistici, associazioni di pro-
45Sasnavini e Dondini
duttori, amatori), ha intrapreso un’altra strada: quella da privati, favorita dall’obiettivo comune di indivi-
di provvedere a costituire, in proprio, varietà mirate al duare, moltiplicare e valorizzare il meglio del patri-
soddisfacimento dei bisogni interni legati ai territori e monio genetico esistente. L’incrocio-selezione, quin-
alle tradizioni locali, all’andamento dei mercati già di, è venuto dopo, in anni recenti.
conquistati o da conquistare. Sono oltre cinquecento
le varietà di specie temperate ottenute in Italia ed Melo - Selezione clonale
immesse sul mercato negli ultimi trent’anni. Nel melo l’Italia ha importato per molti anni centi-
Tutto ciò ha posto l’Italia all’avanguardia dell’in- naia di mutanti naturali, scoperti e clonati per lo più
novazione varietale europea per specie quali melo, negli Stati Uniti, Nuova Zelanda e Francia e introdotti
ciliegio, pesco-nettarine, kiwi, vite. Il miglioramento in esclusiva da vivaisti che hanno poi trasferito agli
genetico è stato dunque potenziato in casa nostra ed è editori aventi diritto, le royalties gravanti sulle piante
ormai chiamato a confrontarsi con quello estero per (per molto tempo attestate intorno ad 1-2 €/pianta, ora,
contribuire al continuo e necessario rinnovamento invece, variamente quantificabili, spesso con ancorag-
della frutticoltura, così come della viticoltura. gio alla produzione). Ci sono varietà, come ‘Gala’ e
Purtroppo, il Ministero delle Politiche Agricole ‘Fuji’, che hanno superato ciascuna una trentina di
che per anni aveva sostenuto e coordinato i program- mutanti commerciali (varianti, queste, quasi unica-
mi pubblici per la creazione di nuove varietà da frutto mente della intensità e diffusione della pigmentazione
o la selezione clonale (vedi vite) di quelle esistenti e rossa della buccia), altre, come ‘Golden Delicious’, in
più famose, ha drasticamente ridotto i propri interven- misura molto bassa, appena cinque mutanti, scelti per-
ti a sostegno del miglioramento genetico, mettendo in ché dotati di una minore suscettibilità alla rugginosità
grave difficoltà le istituzioni pubbliche e lasciando in o di una buccia più colorata, ed altre ancora, come
tal modo ai privati il compito di finanziare i program- ‘Red Delicious’, che hanno dato origine ad oltre un
mi di breeding con la legittima ed ovvia finalità di centinaio di mutanti commerciali, quasi tutti scelti per
assicurare loro la possibilità di ricavarne un ritorno intensità ed estensione del colore rosso. Salvo alcune
economico a copertura degli investimenti richiesti, eccezioni (vedi l’INRA in Francia che ha prodotto un
normalmente realizzabile solo dopo molti anni. clone di ‘Golden Delicious’ irradiata, privo di ruggi-
nosità della buccia, ma anche meno produttiva), tutte
Programmazione del miglioramento genetico con- le selezioni sono state individuate casualmente in frut-
venzionale e risultati dei progetti in corso teti, soprattutto americani, le cui piante hanno così
generato una frequenza maggiore di quella italiana,
Ciò premesso, è evidente che il miglioramento mutanti (“sport”) rivelatisi migliorativi rispetto ai
genetico convenzionale, pur rimasto sostanzialmente cloni esistenti. Le cv ‘Gala’ e ‘Fuji’, in quanto diffuse
lo stesso nel tempo, è attualmente oggetto delle inno- in tutto il mondo, in Italia ogni anno si sono arricchite
vazioni metodologiche conseguenti all’enorme di nuove selezioni, con mele più colorate, spesso in
potenzialità applicativa delle nuove tecnologie stru- modo da coprire la totalità della buccia (es. ‘Gala
mentali e digitali (vedi bioinformatica) che consento- SchniCo’, ‘Devil Gala’, ecc.).
no di raggiungere gli obiettivi preposti in minor Ancora oggi l’assortimento varietale italiano è
tempo, con maggiori probabilità di successo e con costituito per oltre il 70-75% da varietà policlonali
una minore onerosità e costi dell’intero processo così originatesi, difficilmente scalzabili dalle nuove
creativo e selettivo. varietà scaturite da programmi, pur ragguardevoli, di
Ma vediamo quali risultati sono stati recentemente incrocio e selezione convenzionali, ma che nei nuovi
conseguiti con le metodologie convenzionali per alcu- impianti, numericamente e per livello qualitativo, non
ne specie. incidono per più del 10-15% delle varietà scelte, pur
Nel dopoguerra sono stati praticati sia la selezione mettendo in conto in tale percentuale anche l’apporto
clonale, a livello di modificazioni fenotipiche avvenu- del breeding estero. In altre parole le novità derivate
te spontaneamente o attraverso l’utilizzo di tecniche da seme, ancorché molto valide, fanno sempre molta
d’irradiazione delle gemme (per le quali è stato utiliz- fatica ad entrare e a farsi strada nella coltivazione.
zato l’apposito campo della Casaccia-ENEA a Roma),
sia il metodo convenzionale dell’incrocio seguito da Vite - Selezione clonale.
selezione in campo delle progenie. Nel caso della vite, invece, la selezione clonale non
Dobbiamo in ogni caso distinguere da specie a è scaturita da valutazioni individuali ed occasionali dei
specie: nel caso di melo e vite è prevalsa, per decenni, mutanti casualmente scoperti nei vigneti, bensì da pro-
la selezione clonale operata da Enti pubblici e anche grammi pubblici poliennali spesso finanziati dal
46Miglioramento genetico piante da frutto
MIPAAF o dalle Regioni, basati su valutazioni compa- ne interspecifica, che hanno dato buoni risultati e che
rative dei fenotipi più frequenti individuati nei più hanno fatto compiere alla nostra melicoltura e viticol-
importanti vitigni (es. ‘Sangiovese’, ‘Nebbiolo’, tura grandi salti di conoscenza e di acquisizione di
‘Malvasia’, ‘Sauvignon’, ‘Montepulciano’, ecc.). La materiale genetico.
tabella 1 rivela la enorme quantità di cloni accertati
localmente in varie regioni. I rilievi sono stati condotti Vite. Si osserva oggi una iniziale inversione di ten-
in ambienti tipici delle varie regioni (per disporre denza: non più solo vitigni che danno prodotti -uva e
anche dell’interazione genotipo/clima) e con il concor- vini- di alta qualità, ma cultivar adatte anche a nuovi
so del comparto enologico e quindi della valutazione indirizzi colturali sostenibili. E, se tale dev’essere
dei vini da parte degli specialisti ampelografi-enologi, l’opzione, si dovrebbe modificare l’attuale produzio-
patologi, esperti delle Cantine Sociali e gruppi vivai- ne e commercializzazione di vini DOC, inserendo
stici maggiormente interessati. Straordinario è l’esem- anche uve prodotte dai nuovi ibridi europei ed italia-
pio dei Vivai Rauscedo nel Veneto, che dispongono ni, fra cui le recentissime dieci varietà ibride
oggi della più ampia collezione di piante madri dei dell’Università e dell’IGA di Udine, ottenute a partire
cloni selezionati, geneticamente certificati e registrati, dall’ibridazione di famosi vitigni (‘Tocai’,
dei principali vitigni italiani. ‘Cabernet’, ‘Merlot’, ‘Sauvignon’) con linee parentali
Per la vite alcuni dei parametri di maggior succes- complesse contenenti geni di resistenza a peronospora
so evidenziato col lavoro di selezione sono stati i pro- derivati da V. rupestris (Rpv3 nell’LG 18) e V. amu-
fili aromatici di importanti vini, come ‘Pinot’, rensis (Rpv12 nell’LG 12), ma anche quelli di resi-
‘Traminer’, ‘Sangiovese’, generati dalla variabilità in stenza ad oidio derivati da V. rotundifolia (tab. 2) (Di
contenuto delle numerose componenti volatili (come Gaspero et al., 2013, Giorgetti, 2016).
terpeni e tioli) e il contenuto di composti antiossidanti Secondo gli autori questi nuovi vitigni hanno già
(quali i polifenoli come il resveratrolo ed altri). Ma né superato i test agronomici di produttività e quelli qua-
nel melo né nella vite la selezione clonale è servita a litativi sui vini (Testolin et al., 2016). Il Ministero
vincere il grande problema ecologico-agronomico- accoglierà la richiesta consentendo la vinificazione
sanitario della suscettibilità alle malattie più frequenti, delle uve destinate a contribuire alle eccellenze DOC
che incidono pesantemente sui costi di produzione, italiane? Oppure questa sarà consentita solo per la
sull'ambiente e sulla salubrità del prodotto. produzione di vini correnti? Altri breeder hanno sele-
zionato vitigni interessanti per le qualità intrinseche
Ibridazione ed incrocio delle uve e dei vini. È il caso ad esempio
Fortunatamente, il breeding convenzionale per la resi-
stenza alle malattie, tanto nel melo quanto nella vite, Tab. 2 - Alcuni geni di resistenza a peronospora e oidio identificati
non è rimasto fermo. Sono stati condotti, infatti, da in vite e utilizzati per il miglioramento genetico nel mondo (rias-
istituzioni pubbliche italiane programmi di ibridazio- sunto da Testolin et al., 2016).
Tab. 2 - Genes for resistance to downy and powdery mildew iden-
tified in Vitis species and used for breeding (summarized from
Tab. 1 - Vite: principali varietà italiane policlonali Testolin et al., 2016)
Tab. 1 - Main polyclonal italian grapevine varieties.
Patogeno Gene Cromosoma Fonte
Vitigno/ Numero Vitigno Numero
Cultivar di cloni Cultivar di cloni Muscadinia
Rpv1 12
rotundifolia
Barbera 33 Pignoletto 4
Muscadinia
Garganega 15 Primitivo 5 Rpv2 18
rotundifolia
Plasmopara
Glera 14 Raboso Piave 6 Rpv3 18 Vitis rupestris
viticola
Grasparossa 4 Refosco p.r. 10 Rpv8 14 Vitis amurensis
Greco 6 Riesling Italico 5 Rpv10 9 Vitis amurensis
Lambrusco 4+4+n Sangiovese 113 Rpv12 14 Vitis amurensis
Malvasia bianca l. 7 Sorbara 4 Muscadinia
Run1 12
Montepulciano 23 Tocai friulano 16 rotundifolia
Muscadinia
Moscato bianco 19 Trebbiano toscano 22 Run2 18
Uncinula rotundifolia
Nebbiolo 43 Verdicchio 13 Ren1 13 Vitis vinifera
necator
Negro amaro 13 Vermentino 20 Run4 18 Vitis romanetii
Picolit 5 Vernaccia S.G. 11 Muscadinia
Run5 14
Totale 421 rotundifolia
47Sasnavini e Dondini
dell’Università di Bologna, che ha licenziato il vitigno rupestris e, in due di questi, V. vinifera. Questi sog-
‘Merlese’ (tab. 3). getti risultano resistenti o tolleranti, sia pure in modo
Straordinari anche i risultati conseguenti al pro- differente, a vari stress, deficit idrico (specialmente
gramma di ibridazione dei portinnesti della vite, por- l’M4), eccesso di calcare (superando anche la soglia
tati avanti dall’Università di Milano che ha recente- del 25%) e perfino salinità (M2 ed M4, con valori
mente licenziato quattro portinnesti portatori di varie superiori a 4 ms/cm) (tab. 4).
resistenze geniche (Brancadoro et al., 2016). Sono
stati siglati M1, M2, M3 ed M4 e derivano da linee Melo. Circa il melo, i programmi di ibridazione
parentali complesse che comprendono le specie ame- sono stati condotti da numerose istituzioni, presso
ricane V. riparia, V. berlandieri, V. cordifolia, V. Università e Centri di ricerca di quasi tutti i paesi
Tab. 3 - Nuove varietà di vite resistenti a peronospora e oidio (Testolin, 2016).
Tab. 3 - New grapevine varieties resistant to downy and powdery mildew (Testolin, 2016).
Peronospora Oidio
Varietà Codice incrocio Anno incrocio Pedigree
Rpv3 Rpv12 scala 1-9*
Bacca bianca
Fleurtai 34.111 2002 Tocai friulano x 20/3 – + 9
Soreli 34.113 2002 Tocai friulano x 20/3 + + 9
Sauvignon Kretos 76.026 2003 Sauvignon x 20/3 – + 5
Sauvignon Nepis 55.098 2002 Sauvignon x Bianca + – 9
Sauvignon Rytos 55.100 2002 Sauvignon x Bianca + – 9
Bacca rossa
Cabernet Eidos 58.083 2002 Cab. Sauvignon x Bianca + – 9
Cabernet Volos 32.078 2002 Cab. Sauvignon x 20/3 – + 5
Merlot Khorus 31.125 2002 Merlot x 20/3 – + 7
Merlot Kanthus 31.122 2002 Merlot x 20/3 + – 7
Julius 36.030 2002 Regent x 20/3 – + 5
*
1 massima sensibilità - 9 massima resistenza
Tab. 4 - Genealogia e caratteristiche dei portinnesti della vite della serie M. (Brancadoro 2016).
Tab. 4 - Pedigree and features of the rootstocks of the M series for grapes (Brancadoro 2016).
Portinnesto Genotipo materno Genotipo paterno Caratteristiche
Resa all'innesto elevata
106/8 Ridotto vigore
M1 Vitis riparia × Vitis cord. Vitis berlandieri
× Vitis rup. Elevata resistenza alla clorosi ferrica
Mediamente resistente alla salinità
Resa all'innesto elevata
Teleki 8B 333 E.M. Vigoria medio-alta
M2 Vitis berlandieri Vitis vinifera
× Vitis riparia × Vitis berlandieri Buona resistenza alla clorosi ferrica
Buona resistenza alla salinità e allo stress idrico
Resa all'innesto elevata
R 27 teleki 5C Ridotto vigore
M3 Vitis berlandieri Vitis berlandieri Elevato assorbimento di potassio
× Vitis riparia × Vitis riparia Bassa resistenza alla salinità
Media resistenza alla siccità
Resa all'innesto elevata
41 B Vigore medio
M4 Vitis vinifera Vitis berlandieri
× Vitis berlandieri Elevata resistenza alla salinità
Ottima resistenza alla siccità
48Miglioramento genetico piante da frutto
europei (tab. 5). La stessa Italia ha licenziato fino ad na: ‘Ariane’, ‘Isaaq’, ‘Modì’, ‘René’, ‘Crimson
oggi una trentina ed oltre di varietà di melo, molte di Crisp’, ‘Choupette’, ‘Story’, ‘Fujion’, ‘Galant’,
queste dotate del gene Vf per la resistenza a ticchiola- ‘Topaz’, ‘Opal’, ‘Gold Rush’, metà delle quali sono
tura (alcune anche di Va) (es. ‘Golden Orane’, italiane, ottenute da Gruppi privati e pubblici (tab. 6).
‘Isaaq’, ‘Modì’), poche delle quali però giunte a inci- Se il breeding per le resistenze ha avuto l’impatto
dere sulle varietà scelte per i nuovi impianti (non più maggiore per avere introdotto altre resistenze (per es.
dell’1-2% sul totale dei nuovi impianti). al fire blight, all’afide grigio, al cancro da Nectria) su
Contestualmente sono anche state scoperte provviden- varietà non ancora coltivate in Italia, non meno
ziali fonti di resistenza a Venturia e ad altri patogeni importanti sul piano applicativo sono le varietà di
presenti in alcune antiche varietà di melo del ricco melo migliorative della qualità del frutto. Alcune
germoplasma italiano. Fra queste si citano ‘Durello di varietà estere introdotte con la formula del Club si
Forlì’ e ‘Renetta Grigia di Torriana’; due varietà sono imposte nei nuovi impianti (es. ‘Pink Lady’,
superate sul piano commerciale, ma importanti per la ‘Kanzi’, ‘Ambrosia’, ‘Evelina-Pinova’, ‘Jazz’,
loro resistenza multigenica, inserite nel novero delle ‘Fujon’). L’Italia finora ha contribuito con ‘Gold
varietà europee oggetto di ricerche volte all’indivi- Chief’, ‘Majesty’, ‘Forlady’, ‘Sinfonia’.
duazione di geni di resistenza e da preservare per i
futuri programmi di incrocio delle reti europee di Selezione forzata di melo e vite
miglioramento genetico e selezione delle nuove mele Melo e vite sono le due specie che sono state prese
per colture eco-sostenibili. a modello per questa nostra indagine. Meritano dun-
Questi programmi per ora sono stati solo di tipo que di essere citate anche per due tecniche concettual-
convenzionale, ma attraverso l’uso di tecnologie alter- mente molto diverse fra loro, che mirano ad un forte
native non OGM, potrebbero essere ottenuti in futuro, raccorciamento della fase di selezione dei semenzali e
se ne sarà incoraggiata e sostenuta la sperimentazione, che per semplicità abbiamo definito di “selezione for-
risultati mirati, trasformando varietà note, con l’inse- zata”.
rimento dei soli geni programmati. • Per la vite è stato proposto un metodo, cosiddetto
Tutto ciò eviterebbe la variabilità indotta da carat- “fuori suolo” in serra od altro ambiente protetto
teri indesiderabili, sempre presenti nelle progenie del (Di Lorenzo, 1998), dove la concatenazione delle
breeding convenzionale, anche quando il processo varie fasi progressive di crescita del semenzale
selettivo è molto accurato. Per il momento, vista la sono rese continue e così accelerate da poter com-
situazione dell’Unione Europea, attestata sul rifiuto pletare nell’arco di due anni l’intero ciclo di svi-
degli OGM, si dispone soltanto delle varietà ottenute luppo e fruttificazione della vite. Un altro metodo
convenzionalmente, ed in Italia, secondo quanto sug- veloce è stato messo a punto in Francia circa una
gerito dal WG nazionale del MIPAAF sull’orienta- cinquantina di anni fa (Huglin e Julliard 1964).
mento dei produttori, le varietà TR (Ticchiolatura • Per il melo spiccano i recenti originali studi di E.
resistenti) accettate e dichiarate valide sono una deci- Flachowsky (Julius Kühn Institute, istituto mini-
Tab. 5 - Miglioramento genetico del melo in Italia. Istituzioni pubbliche e private italiane che hanno attivato programmi di MG del melo
fra il 1971 e il 2016.
Tab. 5 - Apple breeding in Italy. Public and private institutions that activated breeding programs since 1971 to 2016.
Numero incroci Stadio moltiplicazione
Enti Semenzali n° S1 S2 S3 Cv n°*
Totale Per anno
N° selezioni
AGRION CN 196 12 184.000 186 32 -- --
CIV FE 278 12 273.000 328 102 18 10
CREA FO 991 29 74.000 550 45 3 3
CSAF BZ 300 20 50.000 120 20 4 1
CMVF DCA BO 529 23 48.200 144 256 5 8
ISF TN (cessato) 824 48 51.000 409 16 4 11
FEM IASMA TN 405 68 140.000 12.000 280 30 2
UNIUD 120 - 8.048 1.993 - - -
Totale 3.643 212 728.248 15.730 751 64 39
49Sasnavini e Dondini
Tab. 6 - Nuove mele diffuse in esclusiva in Europa (a Club o a sezione dedicata alle nuove tecnologie per il
contratto), al 2016. miglioramento genetico.
Tab. 6 - New apple cultivars distributed with exclusive rights in
Europe (to Clubs or with contracts) until 2016.
Resistenza a Altri fruttiferi
Varietà Club Nome varietà
ticchiolatura (TR) Non da meno è l’importanza dei risultati del bree-
Ambrosia® Ambrosia ding di altre specie fruttifere, specialmente agrumi e
Antarès® Dalinbel fragola, tutti di grande impatto applicativo perché
Cameo®/Camela® Caudle/Cauflight molte delle nuove varietà sono state inserite nei nuovi
Choupette® Dalinette TR impianti, per coprire segmenti carenti o per colmare
Crimson Snow® MC38
vuoti del calendario di maturazione o per affiancare o
sostituire varietà estere, con le quali competere sui
Diwa®/Junami® Milwa
mercati.
Envy® Scilate
Per l’albicocco, il ciliegio e il susino citiamo i con-
Evelina® RoHo3615
tributi delle Università di Bologna e Milano e del
Galant® Lumaga TR CREA di Forlì/Cesena (le serie di ciliegi Star, es.
Greenstar® Nicogreen ‘Grace Star’, e Sweet, es. ‘Sweet Gabriel’ e ‘Sweet
Honeycrunch® Honeycrisp Lorenz’; Lugli et al., 2012); per il kiwi c’è l’apporto
Isaaq® CIV323 TR delle due Università di Bologna e Udine (es.
Jazz® Scifresh ‘Kiwigiuro’, ‘Dorì’ e ‘Soreli’), per la fragola del
Joya® Cripps Red CREA di Forlì/Cesena (es. ‘Pircinque’); per il pero le
Juliet® Coop43 TR nuove varietà sono state realizzate dal CREA di
Kanzi® Nicoter
Forlì/Cesena e dall’Università di Bologna (es.
‘Carmen’, ‘Falstaff’, ‘Early Giulia’).
Les Naturianes® Ariane TR
Straordinari, per quanto riguarda il pesco e le net-
Lola® Maribelle
tarine, sono stati gli apporti del CREA di Roma, Forlì
Modì® CIVG198 TR
- Caserta, dell’Università di Firenze e di quella di
Natyra® SQ159 TR Bologna - Milano e di numerosi privati, che qui è
Opal® UEB32642 TR impossibile enumerare. Impossibile anche riportare i
Pink Lady® Cripps Pink/Rosy Glow nomi di tutte le cultivar, sono oltre un centinaio;
Redlove® Luresweet TR segnaliamo appena la serie Maria di Firenze (es.
Rockit® PremA96 TR Maria Bianca, Maria Aurelia e Maria Dolce), ‘Orion’
Rubens® Civni/Civnered e ‘Venus’ da Roma, ‘Ambra’ (Bologna), serie
SweeTango® Minneiska Romagna di pesche bianche ottenute a Faenza (scuola
Tentation® Delblush
Caldesi).
I lettori, peraltro, possono consultare le monogra-
Belgica
fie pubblicate recentemente dal CREA di Roma e di
Bonita
Forlì (Fideghelli 2011, Faedi et al., 2015),
Varietà libere
dell’Università di Firenze (Bellini et al., 2008) e
Story® Inored TR dell’Università di Bologna (Sansavini e Lugli, 2015)
Fujion TR contenenti i profili delle centinaia di varietà licenziate
Gemini TR da questi Enti.
Gaia TR Come già precisato, questo copioso materiale
Smeralda TR genetico è derivato da programmi poliennali non
ancora ultimati, mentre con questa nota ci siamo pro-
steriale di Fruit Breeding di Dresda-Pillnitz, posti di esporre obiettivi e metodologie applicabili nei
Germania) che, attraverso la tecnica della coltura prossimi anni e quindi destinate a dare frutto in un
in vitro di espianti temporaneamente trasformati futuro non prossimo. Rimandiamo pertanto alle citate
geneticamente, dopo avervi inseriti geni florigeni pubblicazioni le informazioni sull’esistente.
prelevati da betulla (geni MADS-BOX), ha reso Attualmente sono almeno quattro i punti caratte-
possibile l’immediata fioritura dell’asse vegetati- rizzanti il nuovo breeding fruttiviticolo:
vo, ed anche la fruttificazione, compreso il com- • obiettivi programmati (caratteri fenotipici special-
pletamento della formazione dei semi. Il metodo è mente del frutto; adattabilità, resilienza e resisten-
unicamente sperimentale e sarà descritto nella ze ed avversità ambientali biotiche ed abiotiche
50Miglioramento genetico piante da frutto
del materiale selezionato; rispondenza creativa ed ci e climatici avversi, comprese le conseguenze del
aspettative pratiche); riscaldamento climatico globale).
• utilizzo di strumenti sensoriali, di monitoraggio e
di tecnologie di processo innovativi; Resistenze a stress biotici e abiotici
• definizione, validazione e comparabilità dei nuovi In tale contesto, un ruolo di primo piano hanno
genotipi; assunto, fra gli obiettivi dei nuovi programmi, le resi-
• accettabilità, promozione e lancio mercantile delle stenze a stress biotici ed abiotici. Vi sono colture che
novità. richiedono non meno di venti-trenta trattamenti anti-
parassitari annuali (vedi melo e vite), per cui la ricer-
Obiettivi dei nuovi progetti ca di geni di resistenza o tolleranza e il loro uso sia
nel breeding convenzionale sia in quello alternativo
In generale, per le singole specie, gli obiettivi di sono diventati prioritari.
oggi non coincidono più con quelli del passato, salvo Portiamo come esempio tre casi.
per le caratteristiche di produttività degli alberi e per Primo caso. Nel melo sono stati individuati altri
l’adattabilità ambientale, divenuta obiettivo priorita- geni oltre all’originario Vf (rinominato Rvi6) che
rio. La quantità, cioè il livello della fruttificazione, è inducono resistenza monogenica a Venturia inaequa-
rimasta importante ma conta sempre di più la qualità lis (agente eziologico della ticchiolatura), per cui
del prodotto e la sua omogeneità, uniformità e costan- finora sono state introdotte, col breeding convenzio-
za, stabilita secondo i nuovi parametri di gradimento nale, oltre cento varietà di mele, alcune capaci di reg-
del mercato e dei vari comparti della filiera (agrono- gere anche il confronto con le migliori mele degli
mici, merceologici, conservativi, di lavorazione com- standard mercantili (es. ‘Fujion’, ‘Galant’, ‘Modì’,
merciale e packaging, di logistica e distribuzione dei ‘Opal’, ‘Story’; Gregori et al., 2014).
vari segmenti qualitativi e di mercato ecc.). Spicca, Questa tecnica, che richiede molti anni di lavoro
fra tutte, la qualità distintiva dei frutti (riconoscibilità con reincroci che arrivano alla quinta-sesta generazio-
fra gli altri) ed il livello di eccellenza estetica ed orga- ne (cioè oltre cinquanta-sessanta anni complessivi di
nolettica da raggiungere dalla stessa. Moltissimo con- lavoro) non è più sicura al cento per cento, come si
tano anche altri pregi indiretti del frutto: epoca e con- ipotizzava in passato, perché la resistenza assoluta
centrazione della maturazione (un tempo valeva di più può essere “rotta” e quindi bypassata dal patogeno
la scalarità) con la qualità, la serbevolezza e la shelf (come in effetti è già avvenuto in vari paesi) attraver-
life; poi l’habitus dell’albero e la sua governabilità e so i suoi mutanti adattativi (causati dalla comparsa di
altri caratteri apparentemente secondari, come la ceppi o razze più virulente del patogeno; Beckerman
capacità autodiradante delle infiorescenze in melo, et al., 2016). La tecnologia è già ricorsa ad una imple-
pero e kiwi (al fine di evitare o ridurre il costo del mentazione di questo metodo con la cosiddetta “pira-
diradamento), che cambiano da specie a specie o da midizzazione” delle resistenze (cioè cumulando nello
luogo a luogo. stesso albero più geni di resistenza alla stessa malat-
Nell’attuale, contingente, situazione evolutiva tia), e poi integrando tale resistenza con altre.
della frutticoltura è importante che qualsiasi novità Per esempio, in Svizzera, Germania e Olanda sono
possieda attributi compatibili con la sostenibilità eco- già state costituite nuove varietà di melo multiresi-
logica della coltivazione e di gestione del frutteto o stenti (es. cv ‘Ladina’ a Wadenswil), cioè immuni
del vigneto; attributi che consentano un miglioramen- contemporaneamente a V. inaequalis (fungo),
to dell’efficienza espressa dal rapporto fra interventi e Erwinia amylovora (batterio, agente del colpo di
loro costi e benefici (risultati). La novità, se valida, fuoco), Phodosphaera leucotricha (fungo, agente del-
andrà inserita nei disciplinari di produzione delle l’oidio), Dysaphis plantaginea (afide grigio).
varie colture, aggiungendo anche l’apprezzamento La transgenesi ha già consentito ad una équipe
qualitativo e merceologico, tale da vincere il confron- italo-svizzera (Università di Bologna e ETH di
to con le altre varietà di pari epoca. L’adattabilità Zurigo) di trasferire la resistenza indotta dal gene Vf
ambientale, e con essa l’insieme delle resistenze, rien- derivato dal Malus floribunda 821 (il gene HcrVf2
trano nella definizione di resilienza, cioè la capacità mappato nel LG1) alla cv di melo ‘Gala’, rendendola
dell’albero o del suo portinnesto di rispondere alle in questo modo resistente alla ticchiolatura (Belfanti
possibili difficoltà o sofferenze nel suo habitat di col- et al., 2004). A differenza delle piante cisgeniche, il
tivazione (per esempio, adattabilità a deficit o eccesso gene HCrVf2 lavorava sotto controllo del promotore
idrico o nutrizionale, ridotta fertilità, e insufficienza, 35S (isolato dal virus del mosaico del tabacco).
anche temporanea, di nutrienti nel suolo; eventi bioti- Purtroppo, le disposizioni ministeriali italiane hanno
51Sasnavini e Dondini
impedito che le piantine così ottenute (2002-2004) e lunga procedura ufficiale, per metterla a disposizione
allevate in serra potessero essere sperimentate in della coltivazione industriale è stato proibitivo, così
campo. Questo lavoro ha avuto però il merito di uti- alto e tale da dissuadere l’USDA nella prosecuzione
lizzare per la prima volta un gene di melo per la tra- del programma e nel trasferimento applicativo della
sformazione genetica di una varietà di melo e ha metodologia stessa messa a punto da Ralph Scorza
costituito le basi per la realizzazione della ‘Gala’ (com. pers.).
cisgenica resistente a ticchiolatura (Vanblaere et al., Terzo caso. Esiste un terzo modello operativo per
2011), come illustrato nel punto successivo. raggiungere l’obiettivo della resistenza, per es. quello
Secondo caso. Un risultato positivo con entrambe della vite da vino (Vitis vinifera) per la quale nono-
le metodologie (convenzionale e transgenesi) è stato stante le migliaia di varietà coltivate nel mondo, non
ottenuto anche per creare albicocche e susine resisten- sono stati ancora individuati geni di resistenza a
ti a Sharka (Plum Pox Virus). Alcuni programmi Plasmophora viticola (la più pericolosa tra le crittoga-
internazionali di miglioramento dell’albicocco, grazie me), presente invece nelle varie specie di viti ameri-
all’individuazione del locus PPVres nel LG1, presente cane finora utilizzate quali portinnesti della Vitis vini-
in alcune vecchie varietà del germoplasma internazio- fera (Zini et al., 2015; Failla et al., 2016; Scienza,
nale dell’albicocco, hanno portato alla creazione di 2016). In tal caso è dunque necessario ricorrere ad un
nuove varietà resistenti al virus. Peraltro, il panel trasferimento genico conseguibile con una delle varie
europeo e nord americano della resistenza a sharka è tecnologie di transgenesi (OGM in senso ortodosso)
oggi costituito da 46 varietà accertate, per la maggior oppure con metodologie alternative quali l’approccio
parte francesi, americane e canadesi, oltre alle italiane cisgenico o il genome editing, tecnica illustrata di
‘Petra’, ‘Pisana’ e forse anche ‘Bora’ (Bassi et al., seguito.
2016b). Il Ministero si accinge ora a finanziare un progetto
Più complesso, invece, è il conferimento della resi- nazionale sull’uso di questa nuova tecnica, insieme
stenza a sharka nella specie pesco, a causa di oggetti- alla cisgenesi, applicate alla vite e ai fruttiferi. Ma ciò
ve maggiori difficoltà per l’ottenimento di piante resi- che stupisce non è tanto il tardivo e benvenuto ricono-
stenti. In questa specie non sono note sorgenti di resi- scimento ministeriale di voler consentire alla nostra
stenza monogeniche che possano essere sfruttate nel agricoltura di cogliere le nuove opportunità offerte
miglioramento genetico (la resistenza derivata da dalla scienza, quanto l’impegno di cofinanziamento
Prunus davidiana è poligenica; Decroocq et al., 2005) del progetto che, nelle attuali critiche e restrittive cir-
e la via del trasferimento genico è particolarmente dif- costanze, è stato assunto da alcuni grossi imprenditori
ficile in quanto il pesco è recalcitrante alla rigenera- ed operatori del settore viti-enologico (che hanno
zione in vitro. Un network internazionale (Sharka on costituito anche un Consorzio finalizzato all’obietti-
Peach; SHAPEA) guidato dal Prof. Bassi vo), nella speranza di poter disporre in futuro degli
dell'Università di Milano, si è recentemente costituito stessi grandi vini, oggi da loro prodotti, ma meno sog-
per valutare gli approcci che permettano in futuro il getti a contaminazioni perché ottenuti a partire da viti-
raggiungimento in pesco dello stesso risultato acquisi- gni “modificati” (le stesse varietà di prima), ma non
to nell’albicocco (Cirilli et al., 2016). In Europa, per più soggetti alle malattie da respingere. Gli attuali
la prevenzione della Sharka, sono stati provvidenziali metodi di cura o prevenzione ammessi dai disciplinari
al riguardo i Progetti europei SharCo e Mars (Bassi et di produzione potrebbero infatti (volente o nolente)
al., 2016a e b) nonché, in precedenza, il progetto diventare ecologicamente insostenibili in un prossimo
quinquennale MASpes, in Romagna, coordinato futuro (per la costante e necessaria limitazione richie-
dall’Università di Bologna. Per ora i programmi sono sta all'uso di pesticidi), oltre che per la maggiorazione
stati portati avanti solo con metodi convenzionali di dei costi che questi comportano. Ci auguriamo che i
incrocio intervarietale. Non si sarebbe potuto fare nuovi progetti abbiano anche, come protagonisti, i
altrimenti. sostenitori privati, pronti a far propri i risultati di que-
Per il susino europeo, in USA, attraverso la tran- ste nuove tecnologie alternative di breeding.
sgenesi è stata costituita una nuova varietà OGM Le procedure per conseguire resistenze sono state
(‘Honey Sweet’) ottenuta presso la Stazione di ricerca naturalmente messe a punto e validate anche per altre
USDA di Kearneysville (in Pensilvania), varietà auto- specie, man mano che sono stati individuati geni di
rizzata dalle autorità USA per la propagazione com- resistenza a siccità, salinità, alte temperature, freddo,
merciale (Ravelonandro et al., 2013). Ma il costo non solo invernale, e altri fattori avversi alla coltiva-
complessivo sostenuto dall’USDA per l’approvazione zione. È questo un campo di lavoro per il futuro: i
del rilascio in campo della varietà e per la successiva metodi di lavoro sono specifici, ma le basi genetiche di
52Miglioramento genetico piante da frutto
sensibilità e resistenza sono spesso comuni alle avver- Nuove strumentazioni e tecnologie innovative per
sità dell’uno e dell’altro tipo, per cui sono sempre più il breeding dei fruttiferi
numerosi i gruppi di lavoro internazionali che collabo-
rano insieme. Ci sono anche varie associazioni scienti- Le nuove tecnologie entrate recentemente nei pro-
fiche che alimentano gruppi di lavoro specializzati e cessi di breeding sono state rese possibili dagli enor-
che collaborano attraverso Workshop o Simposi a mi progressi della biologia molecolare e dalle straor-
scambiarsi informazione e a diffondere il nuovo. Così dinarie innovazioni strumentali, opera di imprese pri-
fa anche Eucarpia, la cui Sezione frutticola di Genetica vate molto attive nella ricerca, che le hanno assecon-
e Breeding, ha tenuto all’Università di Bologna il suo date e sviluppate. Quelle più attuali ed interessanti
quadriennale Meeting internazionale nel giugno del che riguardano la frutticoltura, o già parte integrante
2015. Numerose sono le nuove tecnologie molecolari di vari programmi italiani ed europei sono: a) la MAS
in fase di messa a punto. Ma occorre tempo. (selezione assistita con marcatori), definita anche
Molecular breeding assisted selection, e b) le tecno-
Qualità del prodotto logie alternative (in quanto surrettizie delle tecniche
C’è un altro obiettivo prioritario che sta entrando di transgenesi, pur trattando di ingegneria genetica).
in molti programmi di breeding, perché non si può Fra queste seconde ne sono state proposte in vari
prescindere dalla definizione di nuovi parametri di campi almeno una decina, ma ci limitiamo a presen-
qualità del frutto o dell’uva. Oltre ai tradizionali carat- tarne due, le sole per ora “prese in considerazione”
teri estetici e organolettici, che da sempre rispecchia- dal Ministero delle Politiche Agricole.
no l’attrattività, la gradevolezza e quindi il prezzo del Vediamone singolarmente la natura, i settori di
frutto, stanno entrando in gioco altri caratteri, cosid- applicazione e di possibili sviluppi.
detti nutraceutici, che concorrono a definire il valore
salutistico del frutto. Questi esprimono l’influenza e Tecniche di selezione molecolare assistita e precoce.
la presenza di decine, centinaia di molecole organi- Genotipizzazione con la MAS
che, presenti in piccolissime quantità nel frutto di cia- Rappresentano una preziosa metodologia per sem-
scuna varietà e che soltanto ora, con metodologie stru- plificare, accelerare e rendere mirato il processo selet-
mentali molto raffinate (cromatografia, iniezione su tivo che, nei normali programmi di breeding, richie-
fibra e massa) possono essere individuate. Anche di de, in campo, non meno di sei - dieci anni per il melo,
queste componenti sarà possibile rintracciare le basi e quattro - cinque anni per il pesco. Se però si consi-
genetiche, e quindi mettere a punto metodi selettivi derano tutte le fasi dell’intero processo, tenendo
precoci (se ci sono geni noti e marcatori individuati) conto anche delle necessarie valutazioni esterne, si
oppure, in alternativa, si dovrà procedere ad una sele- giunge facilmente ad un periodo complessivo di quin-
zione sulla base dell’analisi del prodotto raccolto, con dici - venti anni per il melo e almeno otto - dieci anni
forte allungamento dei tempi e aumento dei costi. per il pesco. Nel caso di selezione per le resistenze,
Riportiamo solo alcuni esempi degli aspetti attual- riportato in precedenza, si interviene di regola gesten-
mente in corso di studio su melo, pero, pesco: do le prime fasi dei semenzali in serra, per consentire
• pigmentazione rossa di buccia e polpa gli inoculi artificiali delle giovani piantine (secondo -
• polifenoli specifici legati al sapore della polpa e al terzo anno), con spore, conidi o microrganismi verso
grado di resistenza a malattie cui saggiare la resistenza, in modo da poter ridurre
• componenti zuccherine drasticamente la popolazione di semenzali da valutare
• acidità poi in campo (e quindi per ridurre i relativi oneri e
• sostanze volatili e aromi (sono centinaia) costi).
• vitamine La MAS è un processo integrativo e non alternati-
• allergeni vo di questa procedura standard di assessment biolo-
• amminoacidi e proteine gico. Con l’uso della MAS, infatti, i semenzali, appe-
Nel campo della serbevolezza e della shelf life la na ottenuti, vengono sottoposti a test analitici di
conoscenza dei geni precursori dell’etilene e delle screening, mirati alla verifica della presenza dei geni
varie componenti enzimatiche (es. poligalatturonasi) per i quali si conduce la selezione attraverso l’uso dei
che controllano l’imbrunimento e il decadimento della marcatori ad essi associati. Tutto il resto è scartato,
polpa, a seguito delle nuove acquisizioni biochimiche salvo non debba essere testato per altri caratteri.
e dei passaggi metabolici della catena possono essere Molti degli esempi sull’uso della MAS sono stati
individuati attraverso analisi e campionamenti a sviluppati in melo, specie divenuta “modello” per la
diversi stadi del frutto (Costa et al., 2014). ricerche di genomica, grazie soprattutto al contributo
53Sasnavini e Dondini
dei progetti Europei Dare, HiDRAS, Isafruit e Fruit allele-specific PCR) effettuati presso la ditta di servizi
Breedomics e al programma di breeding molecolare di genotipizzazione LGC Genomics (Regno Unito)
americano RosBREED. esattamente come avrebbe dovuto fare un breeder pri-
La MAS in melo è possibile per molti caratteri, ad vato per il quale l'accesso alle piattaforme di genoty-
esempio la resistenza a ticchiolatura, fire blight, oidio ping non è semplice (fig. 1). In questo lavoro sono
e afide grigio, consistenza e serbevolezza del frutto state analizzate con questi marcatori tutti gli individui
(Sansavini e Tartarini, 2013; Ru et al., 2015). appartenenti a 10 popolazioni di semenzali di melo
Nelle drupacee è possibile selezionare con marca- per un totale di circa 5.700 semenzali. Tale approccio
tori molecolari per l’autocompatibilità e la dimensio- si è rivelato molto promettente anche in considerazio-
ne del frutto in ciliegio (riassunto da Ru et al., 2015), ne del fatto che i parentali usati nei programmi di
colore della polpa, data di maturazione e fenotipo incrocio avevano pool genici molto diversi (‘Topaz’,
pesca - nettarina in pesco (Dondini e Tartarini 2014). ‘Milwa’, ‘Reka’, ‘Rewena’, ‘GoldRush’, ‘Realka’,
In quest’ultima specie, molti nuovi marcatori per la ‘White Angel’, ‘Florina’, ‘Fuji’, ‘Grenoble’, ‘Royal
dimensione, il contenuto di zuccheri e acidi organici e Gala’ e‘Perleberg’, clone di ‘Golden Delicous’).
la data di maturazione dei frutti sono stati identificati Questo studio apre una nuova prospettiva di fatti-
grazie all’impegno congiunto dei consorzi bilità a programmi di miglioramento genetico che
Fruitbreedomics e RosBREED (Fresnedo-Ramírez et mirano alla piramidizzazione di geni di resistenza in
al., 2016). nuovi genotipi di alto profilo qualitativo
Tutte queste applicazioni hanno fortemente benefi- (Baumgartner et al., 2016).
ciato dello sviluppo delle moderne tecniche di sequen- La medesima idea di fondo è stata alla base anche
ziamento che hanno portato alla disponibilità delle del progetto Europeo MARS per lo screening su vasta
sequenze genomiche del melo, del pesco, del ciliegio, scala di semenzali di albicocco resistenti a Sharka. In
dell’actinidia, del pero e delle specie del genere Citrus questo caso il problema di fondo era rappresentato dal
come pure dello sviluppo di strumenti che consentono fatto che i marcatori sviluppati fino a pochi anni fa
l’analisi di marcatori molecolari (principalmente erano in grado di escludere il 100% di individui
SNP) a livello dell’intero genoma di una specie a costi suscettibili al PPV (Plum Pox Virus) ma non erano in
relativamente contenuti (Dondini e Tartarini, 2014). grado di selezionare con altrettanta efficienza per la
Nonostante le alte potenzialità e i successi ottenuti resistenza (Decroocq et al., 2014). Per questo motivo
(Sansavini et al., 2004, Sansavini e Tartarini, 2011 e i breeder dell'albicocco (Università di Milano,
Ru et al., 2015), questo approccio non è ancora ampia- Antakya e Brno; CEBAS-CSIC di Murcia, INRA di
mente adottato per la selezione nelle specie apparte- Avignone, USAMVB di Bucarest, FGI di Plovdiv,
nenti alle Rosacee. I principali elementi su cui lavora- NAGREF di Naoussa), esperti di tecniche di biologia
re riguardano da un lato lo sviluppo di schemi di MAS molecolare (INRA di Bordeaux, Università di
molto efficienti per selezionare contemporaneamente Bologna e Milano), aziende private da anni coinvolte
per caratteri di resistenza e qualità del frutto, dall’altro in questa ricerca (CRPV, CEP innovation, EFE
la semplificazione dell'accesso dei breeder privati ai Viveros del Sureste, Phytoria Karayiannis) e piat-
servizi di analisi molecolare svolte da imprese private taforme per la genotipizzazione (ADNiD di
specializzate, affinché possano utilizzare le più Montpellier, FAL di Atene e Beta di Adana) si sono
moderne e innovative tecniche di genotipizzazione.
Uno studio pilota è stato condotto nell’ambito del
Progetto Europeo Fruit Breedomics e ha coinvolto i
gruppi di ricerca dell’Università di Bologna e della
Fondazione Edmund Mach (San Michele all’Adige),
nonché ACW di Wadenswil (Svizzera) nello sviluppo
di un panel di marcatori SNP in grado di selezionare i
semenzali ottenuti da numerose progenie di melo per
una serie di caratteri quali la resistenza ticchiolatura
(geni Rvi2, Rvi4, Rvi6, and Rvi15), oidio (gene Pl),
afide grigio (gene Dp-fl), consistenza e serbevolezza
del frutto (Md-ACS1, Md-ACO1 e Md-PG1).
La genotipizzazione, finalizzata alla selezione assi- Fig. 1 - Schema per l’applicazione della selezione assistita MAS
(con marcatori SNP) presso una piattaforma di genomica
stita (MAS) è stata effettuata con i test competitivi Fig. 1 - Application strategy of the Marker Assisted Selection
allelo-specifici denominati KASP™ (competitive (MAS) involving a genomic platform.
54Miglioramento genetico piante da frutto
riuniti per analizzare un nuovo set di marcatori su Marcatori molecolari ed efficienza selettiva
oltre 20 semenzali derivati dai maggiori programmi di Oggi lo sviluppo di marcatori molecolari è enor-
breeding Europeo per la selezione di nuovi genotipi memente facilitato dalla disponibilità delle sequenze
resistenti a Sharka (Bassi et al., 2016a e b). genomiche di numerose specie, quali ad esempio vite,
Grazie a questo progetto è stata identificata una melo, fragola, pesco, actinidia, banana, pero cinese ed
nuova regione distante 3 milioni di basi da quella europeo, come pure dalla forte riduzione dei costi di
principale che nel cromosoma 1 dell'albicocco con- sequenziamento delle singole varietà di pregio
trolla la resistenza a Sharka (Mariette et al., 2016) e (Dondini e Tartarini, 2014). Perché queste nuove
sono stati utilizzati 7 microsatelliti che coprono opportunità per lo sviluppo e l'analisi massale di mar-
entrambe le regioni per un totale di 5 milioni di basi catori diventino veramente di routine bisogna preve-
(Bassi et al., 2016a). dere, nel prossimo futuro, una pari efficienza nello
I lavori citati sono solo alcuni esempi di program- studio e nella misurazione dei fenotipi in campo
mi di Marker Assisted Selection, dai quali usciranno (alberi), in laboratorio (frutti), e in serra per le malat-
in futuro le nuove varietà di albicocco resistenti a tie.
PPV. L’esperienza maturata durante questo progetto Questa prospettiva sarà fondamentale soprattutto
servirà in futuro per affrontare lo stesso problema in per disegnare nuovi marcatori in grado di identificare
pesco, specie nel cui germoplasma non sono presenti le varianti alleliche dei geni responsabili dei caratteri
geni di resistenza specifici ma in cui la resistenza può della qualità dei frutti. Questi caratteri sono infatti
essere introdotta per incrocio da mandorlo (Cirilli et spesso di natura poligenica e coinvolgono l'attività di
al., 2016). Questo approccio richiederà sicuramente molti geni organizzati in complesse vie biosintetiche,
tempi molto lunghi per arrivare a risultati interessanti attività che si riflette nella variabilità di questi caratte-
per il mercato. Per questo le alternative metodologi- ri in ciascuna cultivar (Dondini e Tartarini, 2014).
che fornite dalle nuove tecniche di breeding dovranno In ogni caso bisogna ricordare che anche se l'effi-
essere valutate con attenzione (Cirilli et al., 2016). cienza di incrocio e selezione è stata migliorata grazie
In pesco è stato recentemente pubblicato un lavoro alla MAS, nelle piante da frutto esistono limiti ogget-
in cui vengono descritti geni (identificati attraverso la tivi dovuti a cause genetiche ben precise quali la poli-
tecnica del mappaggio per associazione) e, di conse- ploidia, gli alti livelli di eterozigosi delle varietà colti-
guenza, nuovi marcatori molecolari SNP associati ad vate e l'auto-incompatibilità che rendono il migliora-
una serie di caratteri di grande interesse per il miglio- mento genetico attraverso l'incrocio un processo
ramento genetico della specie quali il colore, la consi- estremamente lungo e costoso, soprattutto quando i
stenza e l’acidità della polpa, il fenotipo della buccia caratteri di interesse provengono da genotipi selvatici
pesco-nettarina, la forma del frutto, l’adesione della o da accessioni del germoplasma delle varie specie, la
polpa a nocciolo e il sapore del seme (Cao et al., cui introgressione comporta purtroppo anche la com-
2016). Questo lavoro ha quindi integrato il panel di parsa di caratteri indesiderati. Questi problemi posso-
marcatori disponibili per la MAS già disponibili: no essere risolti con l'uso delle Nuove Tecniche per il
colore della polpa (Adami et al., 2013 e Falchi et al., Breeding nelle Piante (NBPT) che riguardano princi-
2013), maturazione del frutto (Pirona et al., 2013), palmente l'uso dell'ingegneria genetica ed in partico-
genotipo pesco-nettarina (Vendramin et al., 2014) e lare del genome editing (Schaart et al., 2016).
polpa stony hard (Pan et al., 2015). Questi risultati
sono stati possibili grazie alla disponibilità della Le nuove tecniche per il breeding nelle piante: le
sequenza genomica del pesco (Verde et al., 2013) e piante cisgeniche e il DNA editing.
degli strumenti di analisi che grazie a questa, sono Il nuovo acronimo NBPT indica un nuovo gruppo
stati realizzati (riassunto da Dondini e Tartarini 2014). di approcci biotecnologici (fra i quali la cisgenesi e il
I lavori scientifici che erano stati pubblicati prima gene o genome editing) a sostegno dell'attività del
della disponibilità della sequenza genomica hanno miglioramento genetico delle piante.
avuto però l’importante merito di identificare, sulle
mappe allora disponibili, le posizioni dei principali Le piante cisgeniche
loci che controllano la qualità della pesca Le piante cisgeniche utilizzano le conoscenze svi-
(Dirlewanger et al., 1999, 2004, 2006; Yamamoto et luppate per la produzione delle piante transgeniche
al., 2005) e si sono rivelati di grande utilità permet- ma introducono un nuovo criterio alla base della scel-
tendo ai ricercatori di ancorare le informazioni geno- ta del gene da introdurre: si tratta in questo caso di
miche da loro descritte alla sequenza genomica della una copia di un gene nativo completo di promotore e
specie, una volta che questa è stata disponibile. terminatore nativi, proveniente dallo stesso gene o
55Sasnavini e Dondini
specie sessualmente compatibile con la varietà che si contro altre malattie quali il colpo di fuoco batterico
vuole trasformare (Schouten et al., 2006). Nella speri- (FB_MR5 di Malus robusta; Kost et al., 2015), dal-
mentazione dovranno inoltre essere utilizzati vettori l'altro la produzione di nuove tipologie di frutto a
privi di marker di selezione (de Vetten et al., 2003) o polpa rossa grazie all'introduzione del gene MYB
geni di selezione che possano essere successivamente (Krens et al., 2015; esempi in figura 2).
rimossi (Schaart et al., 2004). La pianta così ottenuta Un approccio simile è stato sviluppato anche in
non avrà perciò geni eterologhi (tab. 7). fragola in cui è stata indotta resistenza alla botrite
Le piante cisgeniche hanno un grande potenziale attraverso la sovraespressione di un gene per l'inibi-
per superare i ben noti limiti del miglioramento gene- zione della sintesi delle poligalatturonasi fungine
tico tradizionale nelle piante da frutto. Durante il pro- (Schaart, 2004).
cesso mirato all’introgressione di un solo gene utile La disponibilità dei genomi sequenziati moltipli-
(ad esempio un gene di resistenza) da una specie sel- cherà enormemente, in futuro, la capacità dei biologi
vatica non si trasferisce solo il gene di interesse alle molecolari di identificare nuovi geni funzionali per la
progenie, ma anche un segmento di regione del DNA realizzazione di piante cisgeniche, con caratteristiche
della specie portatrice del gene ricercato. Questo migliorative non solo per la resistenza ai patogeni ma
fenomeno che è chiamato linkage drag costringe poi i anche per la qualità dei frutti e la loro salubrità.
breeder a numerose generazioni di incrocio per ripuli- Nel caso della vite, la messa a punto della tecnolo-
re il contorno, cioè cercare di minimizzare gli effetti gia cisgenica è iniziata all’IGA di Udine e mira all’in-
indesiderati di un genoma selvatico. Al contrario, troduzione di geni di resistenza a patogeni (Di
attraverso la cisgenesi, si evita questo lungo percorso Gaspero e Morgante, 2016).
in quanto si inserisce il singolo gene in una varietà di
pregio senza alterarne lo standard qualitativo e gli Il genome editing
altri caratteri del fenotipo. Si tratta quindi di un meto- Il genome editing rappresenta un nuovissimo
do efficace per il miglioramento genetico nelle specie approccio finalizzato alla modifica di una specifica
con genomi eterozigoti che si propagano per via vege- sequenza di gene mediante la rimozione o la sostitu-
tativa. zione o anche l'aggiunta di singoli nucleotidi (tab. 7).
A sviluppo della sperimentazione condotta insieme Negli ultimi cinque anni sono state descritte, special-
all’Università di Bologna (in cui per la prima volta si mente in campo umano, diverse tecniche in grado di
è utilizzato il gene di melo HCrVf2 per ottenere linee ottenere questo risultato ma la più promettente, nel
di Gala GM resistenti a ticchiolatura; Belfanti et al., campo vegetale, è sicuramente l'ultima nata che è
2004), l’ETH di Zurigo insieme ad un centro di ricer- chiamata CRISPR (clustered regularly interspaced
ca olandese (PRI di Wageningen) ha realizzato una short palindromic repeats)–Cas (CRISPR-associated
nuova mela ‘Gala’ “cisgenica” resistente a ticchiola- protein) system (riassunto da Kumar e Jain 2015).
tura. Come in precedenza, anche in questo caso si è L'enzima CAS9 genera tagli nel DNA a doppia elica
utilizzato il gene HCrVf2 (Vanblaere et al.,. 2011). In in prossimità di una sequenza complementare alla
melo gli altri esempi importanti già realizzati riguar- sequenza target di 20 nucleotidi dell'RNA a singola
dano da un lato l'introduzione di geni di resistenza guida (sgRNA) che identifica la sequenza genica da
modificare con altissima specificità (fig. 3). Questo
Tabe. 7 - Classificazione dei prodotti finali ottenuti con le nuove sistema semplicemente mira a introdurre mutazioni
tecniche di breeding (NPBT; modificato da Schaart et al., 2016). nelle sequenze di DNA delle regioni fiancheggianti il
Tab. 7 - Classification of final products from New Plant Breeding
Techniques (NPBT; modified from Schaart et al., 2016)
Piante senza Piante senza
nuovo DNA nuovo DNA e
Piante che con-
ma con senza
Tecnica tengono un
modificazioni modificazioni
nuovo DNA
del proprio del proprio
DNA DNA
Cisgenesi Si No No
DNA editing No Si No
Fast Breeding No No Si
Innesto su por-
No No Si Fig. 2 - Esempi di meli cisgenici.
tinnesto GM
Fig. 2 - Examples of cisgenic apples.
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