Miglioramento genetico per la resistenza a Fusarium - Dipartimenti
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Alessandra Lanubile
Adriano Marocco
Lorenzo Stagnati
Dipartimento di Scienze delle Produzioni Vegetali Sostenibili
alessandra.lanubile@unicatt.it
Miglioramento genetico per la
resistenza a Fusarium
verticillioides e alla
contaminazione da
fumonisine in mais
Il contributo della ricerca per la gestione delle micotossine nella filiera mais,
Piacenza, 8 Marzo 2019.
Presenza di fumonisine (µg kg-1)
nel Nord Italia (2012-2018)
Nel 2018 il 41 % dei campioni di mais nel Nord Italia ha mostrato livelli di
contaminazione da fumonisine > 4,000 µg kg-1
% di campioni > 4000 ppb
100
80
60
40
20
0
2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Locatelli, Giornata del mais, Bergamo 2019.
La prevenzione in campo
Effettuare tempestivamente la semina
Contenere gli stress biotici e abiotici (piralide)
Raccogliere con umidità della granella non inferiore al 22-24%
Essiccare la granella portando l’umidità a valori prossimi al 14%
Scegliere fonti di resistenza genetica
Fonti: Reyneri et al, L’informatore Agrario 11-2016; Bertolini & Marocco, Quaderni della ricerca 155-2013.
Genetica e Genomica a
supporto della difesa
• Tecniche accurate per la fenotipizzazione del marciume della
spiga provocato da F. verticillioides e contaminazione da
fumonisine.
• Tecnologie genomiche per programmi di selezione assistita da
marcatori (MAS) e studi di associazione genome-wide (GWAS).
• Marcatori, QTL e geni candidati per la resistenza.
Efficaci metodi di inoculazione
Forchetta Stuzzicadenti Saggio su plantula
C
1 2 3 4 5 6 7
I
0% 1- 4- 11- 26- 51- 76-
3% 10% 25% 50% 75% 100% Lanubile et al., 2017 Front. Plant Sci. 8, 1774.
Ampia variabilità fenotipica per la
resistenza a Fusarium in tre popolazioni
di mais
188 linee della popolazione 302 linee del pannello
biparentale F3 Goodman
1
80 3 4 5 6 7
80
N° di linee
N° di RIL
60
40
40
20 0
R S
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 6 7
401 linee MAGIC Scala
Scala
60
50
N° di RIL
40
30
20
10
0
1 2 3 4 5
Scala
Maschietto et al., BMC Plant Biology 2017; Stagnati et al., 2019 G3 9: 571-579; Septiani et al., Scientific Reports 2018 sottomesso.
MIGLIORAMENTO GENETICO E
GENOMICA: SELEZIONE ASSISTITA DA
MARCATORI (MAS)
Le analisi genetiche e genomiche consentono di identificare i geni
responsabili per il carattere di interesse, nonché i marcatori ed i QTL ad essi
associati.
In questo modo con la MAS si possono mettere a punto metodi di selezione
basati sul genotipo invece che sul fenotipo, individuando i geni di interesse e
tracciandone la presenza nella discendenza attraverso i marcatori molecolari
e i QTL.
QTL PER LA RESISTENZA ALLA
FUSARIOSI DELLA SPIGA
Robertson-Hoyt et al., 2006
Ding et al., 2012
Maschietto et al., 2017
Lanubile et al., 2017 Front. Plant Sci. 8, 1774.
STUDI DI ASSOCIAZIONE
GENOME-WIDE
• È un metodo che permette di effettuare in modo rapido una ricerca dei marcatori a livello di
intero genoma associati a un particolare fenotipo di interesse.
• Nel GWAS il tipo di marcatore utilizzato è lo SNP.
WRKY125
Cytochrome P450
Chitinase B1
Stagnati et al., 2019 G3 9: 571-579.
Step successivo:
Testare la resistenza a Fusarium negli ibridi in
condizioni di campo
Produzione degli ibridi:
50 derivanti dall’incrocio di linee resistenti di diversa
origine (CO, Lo e Mp)
430 incroci inbred ricombinanti (RIX) derivanti dall’incrocio
a catena di RIL (MAGIC)50 ibridi testati in campi sperimentali
La valutazione delle spighe di mais inoculate artificialmente è avvenuta in prove
replicate, in due località, per due anni consecutivi (2017/2018)
S. Zenone, Lodi Tribiano, Milano
Fusarium verticillioides Aspergillus flavus
1 2 3 4 5 6 7
0% 1-3% 4-10% 11-25% 26-50% 51-75% 76-100%Step successivo:
Fusariosi ed accumulo di micotossine negli ibridi
FER %
FER %
t/ha AER %
FUM ppm
FER %Step successivo:
Valutazione della resistenza al Fusarium nei
430 RIXs
1/3 dei RIX mostrava una resistenza al FER < al 4%.Prospettive future Numerosi marcatori e QTL associati a geni candidati per la resistenza a Fusarium sono stati identificati e potranno essere piramidati in un singolo background genetico. Molti dei geni identificati sono connessi a vie metaboliche chiave per la riduzione dell’infezione da Fusarium, supportando il loro uso diretto attraverso approcci biotecnologici, come il genome editing. Le informazioni sui marcatori genetici, le linee e gli ibridi di mais resistenti all’infezione da Fusarium e all’accumulo di fumonisine sono disponibili ai breeders per programmi di miglioramento genetico.
Ringraziamenti Paola Battilani Paola Giorni Scuola Superiore S. Anna (Pisa, Italy) Mario Enrico Pè Matteo Dell’Acqua Department of Plant Biotechnology and Bioinformatics, Ghent University, Belgium Dirk Inzé Department of Crop & Soil Sciences, North Carolina State University, Raleigh, USA Jim B. Holland
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