La siccità è una problematica che sta diventando sempre più frequente e tenderà a diventarlo ancora di più con il progredire dei cambiamenti climatici.
Un problema che riguarda tutte le coltivazioni, anche quelle che in passato erano meno sottoposte a questo rischio come il grano e cereali autunno vernini.
E proprio sul grano, un recente studio dell'Enea portato avanti in collaborazione con il Centro Internazionale di Miglioramento del Mais e del Grano (Cimmyt) in Messico, ha portato a individuare nuove varietà di frumento duro particolarmente resistenti agli stress idrici.
Per farci spiegare cosa è stato fatto abbiamo intervistato la dottoressa Patrizia Galeffi, ricercatrice dell'Enea che ha ideato e coordinato questo studio fino alla pubblicazione dei risultati sulla rivista scientifica Genes.
Dottoressa Galeffi, cosa è stato fatto in questa ricerca?
"Ho una convinzione: la ricerca di base è la sola in grado di produrre le vere innovazioni, essendo a lungo termine e 'più libera' da costrizioni di vario tipo.
Questa mia ricerca è iniziata all'Enea circa 20 anni fa. In Enea era già presente, sin dalla sua fondazione, una divisione che storicamente si è occupata di agricoltura e di cereali, pertanto, quando in ambito scientifico si iniziò a presagire che i cambiamenti climatici globali e la siccità sarebbero diventati dei gravi problemi per l'agricoltura e la produzione massiva di cereali (base per la produzione di farina, pasta e pane, in Italia e nel mondo), io e il mio gruppo di ricerca Enea decidemmo di affrontare questo problema, la siccità e i suoi effetti sui cereali, con un approccio del tutto molecolare. In quel periodo, ebbi anche l'opportunità di conoscere il Cimmyt, il Centro Ricerche Internazionale più importante al mondo, che si trova in Messico, completamente dedicato alle ricerche sui cereali.
La mia convinzione mi spinse a sottoporre questo progetto all'Enea, richiedendo la collaborazione del Cimmyt. Il progetto fu considerato molto pionieristico ed ambizioso, una vera sfida, in quanto ancora nessuno (o pochissimi altri gruppi nel mondo), stava proponendo di studiare la risposta allo stress idrico nel grano duro in campo con un approccio molecolare focalizzato su un gene singolo, ma nonostante ciò, fu accettato e finanziato. Ulteriore difficoltà fu la scelta dell'oggetto dello studio, i cereali, perché generalmente non erano considerati piante modello per uno studio di tipo molecolare.
Esperimenti di campo, organizzati e gestiti con l'obiettivo di un'attività sperimentale molecolare, non sono affatto semplici, né frequenti, ancora oggi. Il disegno sperimentale, il lavoro manuale e la gestione di tutti i campioni prelevati in campo (raccolta dei tessuti vegetali che andavano congelati immediatamente in azoto liquido per non danneggiare e distruggere l'Rna), realizzare le Pcr real-time (metodo biotecnologico per identificare specificatamente e misurare quantitativamente le molecole di Rna corrispondenti al numero di molecole trascritte di un gene espresso), analizzare i dati molecolari, confrontare i dati molecolari con i dati agronomici costituivano un approccio di lavoro del tutto nuovo e difficile da coordinare e concretizzare.
Con grande sforzo, dedizione, perseveranza e concentrazione sull'obiettivo finale, ci siamo riusciti! Tutto il gruppo di ricerca (tesisti, dottorandi, ricercatrici e ricercatori, tecnici di laboratorio), che ha collaborato con me per molti anni, merita un riconoscimento perché ha contribuito a superare le numerose difficoltà incontrate lungo il percorso, con entusiasmo e competenza".
La dottoressa Patrizia Galleffi in un campo sperimentale del Cimmyt in Messico
(Fonte foto: Enea)
Quali sono stati i risultati?
"Al di là dei dati scientifici molto tecnici, i risultati più rilevanti e degni di nota, ottenuti in questi anni di lavoro sono riportati in vari articoli pubblicati in diversi momenti, fino ad arrivare a quest'ultimo pubblicato su Genes, e sono:
- aver identificato per la prima volta un gene in grano duro, il gene DRF1 (dehydration responsive factor 1) rispondente allo stress idrico (carenza d'acqua) e codificante per un fattore di trascrizione;
- il fattore di trascrizione permette e modula l'espressione del suo stesso gene e di altri geni, codificanti per varie e diverse proteine strutturali o funzionali, che a vari livelli, molecolare, cellulare e fisiologico, producono nella cellula della pianta, nei tessuti ed organi vegetali, tutta una serie di modifiche che permettono alla pianta di resistere al momento dello stress;
- i dati molecolari del profilo di espressione di questo gene, DRF1, sono stati trasformati in un codice binario per poterli analizzare insieme alle rese di campo (metodo di analisi statistica detto del Contrasto);
- in conclusione: i dati agronomici (produttività) e i dati molecolari (espressione genica) hanno mostrato di avere una correlazione statisticamente significativa tra loro.
Mettere in relazione dati agronomici (tonnellate/ettaro) con dati molecolari (numero di copie di un trascritto) è stato un percorso sperimentale lungo, difficile e complesso. Per riuscire abbiamo dovuto necessariamente sviluppare una capacità di dialogo e un linguaggio comune tra Enea (biologia molecolare/bioinformatica/genomica) e Cimmyt (breeding/agronomia/statistica) per poter affrontare insieme i punti critici, discutere i risultati sperimentali e condividere le decisioni riguardo il disegno sperimentale, per poter correggere il tiro, ove possibile, ed arrivare infine ad un risultato".
Nelle vostre prove sono stati valutati i risultati in presenza di varie dosi e modalità di irrigazione, ma in Italia normalmente il grano non si irriga. Questi migliori risultati ottenuti con queste nuove varietà sono osservabili anche in caso di siccità più o meno moderate come avvengono a volte da noi?
"Sicuramente una linea sperimentale che risulti essere più tollerante alla siccità in un campo sperimentale controllato darà dei risultati più che accettabili in un campo di produzione che si trova in condizioni ottimali (suolo, latitudine, temperatura, clima), anche se è bene ricordare, che le linee sperimentali, o le varietà di nuova costituzione, devono avere un certo tempo per potersi adattare ad un ambiente, come ogni organismo vivente quando si trova in una situazione nuova".
Come sono state selezionate queste nuove varietà?
"Tengo a precisare che tutte queste varietà e linee sperimentali non sono Ogm. Queste varietà o linee elite, sono linee sperimentali avanzate, selezionate dal Cimmyt con il metodo tradizionale di breeding (incrocio e selezione) a partire da linee parentali interessanti.
Per ottenere le linee elite avanzate, linee omozigoti pure (o quasi pure), mediamente sono necessari 10-11 anni di lavoro. Al Cimmyt applicando il metodo dello shuttle selection impiegano la metà del tempo, 5-6 anni, perché selezionano i genotipi migliori 2 volte/anno in 2 diversi ambienti. Inoltre, durante il periodo di selezione vengono anche applicati numerosi test molecolari, di derivazione biotecnologica, per verificare la presenza/assenza di alcuni marcatori genetici essenziali alla selezione dei genotipi con specifiche caratteristiche, quelle desiderate per le varietà in progettazione.
Per esempio, per ottenere una linea resistente alla ruggine del grano si verifica la presenza a livello genetico-molecolare di uno (o più) gene/i di resistenza (marcatori positivi per la resistenza al patogeno) e si accelera in questo modo il processo di selezione in campo. Le linee che risultano negative ai test molecolari, cioè quelle mostranti un profilo genetico-molecolare suscettibile, si eliminano completamente dal gruppo di linee da testare in campo, diminuendo così il numero dei campioni e il lavoro in campo".
Queste varietà e in particolare la varietà Barnacla sono già disponibili sul mercato?
"Sì, la Barnacla era il nome conferito alla varietà sperimentale sviluppata dal Cimmyt durante il loro programma di breeding anni fa, la varietà è stata poi rilasciata e registrata in Spagna, e successivamente commercializzata dalla ditta sementiera Agrovegetal, con il nome commerciale di Don Ramon".
