Il progetto 'Vigna', Vitis genome analysis

Nel campo della biologia vegetale è stato raggiunto un altro importantissimo risultato: il sequenziamento del genoma della vite (vitis vinifera).  L’ENEA - insieme ad altri Enti di ricerca pubblica e Università - ha dato vita ad un progetto di ricerca in vitivinicoltura ed enologia di rilevante importanza per l’Italia: il “Progetto VIGNA” (Vitis genome analysis). L’iniziativa di caratterizzazione del genoma della vite si inserisce in un programma di collaborazione bilaterale Italia-Francia e il responsabile scientifico per l’Italia è il prof. M. Enrico Pè della Scuola S. Anna di Pisa. Questi risultati giungono a distanza di pochi anni dall’annuncio del sequenziamento del genoma umano, del genoma della pianta modello Arabidopsis e di due specie di interesse agrario come riso e pioppo.

Cosa si prefigge il progetto? L’applicazione di nuovi approcci di analisi genomica avanzata per approfondire le conoscenze dell’informazione genetica contenuta nel genoma della vite. Le conoscenze che questi studi consentiranno di acquisire sono fondamentali per sviluppare nuovi  concetti teorici e strumenti molecolari per comprendere appieno il contenuto informativo e la grande variabilità genetica che caratterizza una coltura così tanto importante per l’economia di due Paesi quali appunto Italia e Francia. 

In occasione del convegno finale di presentazione dei risultati 'Un genoma d'annata', riportiamo l'intervista a Eugenio Benvenuto, Responsabile della Sezione Genetica e genomica vegetale dell’ENEA, e componente del Comitato esecutivo del Consorzio italo-francese per lo studio del sequenziamento del genoma della vite. 

Possiamo spiegare in parole semplici che cosa significa sequenziamento di un genoma?
In parole semplici è la decifrazione di tutte le informazioni genetiche che contribuiscono all’essere della specie in esame. Sappiamo, per esempio, che nell’uomo sono espressi 30-35mila  geni che per meccanismi molto sofisticati si accendono e si spengono in funzione dei vari stadi vitali e in risposta a stimoli ambientali endogeni ed esogeni. In sostanza, noi abbiamo ricostruito i cromosomi, ovvero le strutture con le quali è organizzato il materiale genetico e su di essi sono stati collocati i geni. Un lavoro, quindi, strutturale, categorizzato su tutta la sequenza di questi cromosomi. Un primo significativo passo che prelude agli studi dell’interazione tra i geni che porta il nome di post-genomica e all’analisi della loro funzione. 

Nel luglio 2005 è stato siglato un accordo internazionale dai Ministeri per le politiche agricole italiano, con i ministeri francesi per l’agricoltura e della ricerca, che ha dato vita ad un consorzio pubblico per la prosecuzione degli studi. Perché con i francesi?
I francesi – che puntano molto su una coltura pregiata quale appunto la vite - sono da sempre molto attivi in ambito internazionale nella promozione di iniziative relative alla caratterizzazione strutturale e funzionale del suo genoma. E’ stato naturale per noi cercare una partnership con loro, promuovendo l’idea che fossero i due Paesi europei “viticoli” per antonomasia a prendersi carico dello studio del genoma della vite. Quello della vite è il primo genoma di una specie importante ad essere totalmente sequenziato senza il coinvolgimento degli USA.

Un risultato tutto europeo. 
L’iniziativa italiana ha beneficiato enormemente della collaborazione con i francesi che, ricordiamo, hanno un centro nazionale per il sequenziamento che si chiama “Genoscope”, che si posiziona tra i primi 3 o 4 istituti al mondo, e che ha maturato una grande esperienza e competenza partecipando a tutte le principali iniziative internazionali di sequenziamento, dall’uomo al riso. In Italia è stato proprio grazie a “VIGNA” che ci si è attrezzati per contribuire al sequenziamento di genomi complessi. Ciò ha portato da un lato ad un potenziamento del CRIBI (Centro Ricerca Interdipartimentale Biotecnologie Innovative) di Padova e dall’altro alla costituzione di un nuovo istituto, l’Istituto di Genomica Applicata (IGA) di Udine, fondato con il concorso della regione Friuli e di un consorzio privato di banche e di imprenditori. CRIBI e IGA sono stati i centri italiani che hanno prodotto i dati di sequenziamento della vite. Rappresentano anche un’eccellenza nelle sinergie tra ricerca pubblica e investitori privati e, da sottolineare, è un punto di orgoglio il fatto che i due gruppi italiani abbiano lavorato con gli stessi standard qualitativi e quantitativi di Genoscope. Inoltre, la collaborazione con i francesi è stata strategica in quanto ha consentito la suddivisione dei costi, l’accelerazione nell’ottenimento dei dati e il rafforzamento delle competenze di genomica applicata in Italia.

Qual è il significato di questa scoperta dal punto di vista scientifico?
Il genoma della vite è il quarto genoma di una specie vegetale caratterizzato, dopo la specie modello Arabidopsis, (una pianta, crucifera, di ridotte dimensioni con un genoma molto piccolo, considerata una specie modello), il riso e il pioppo. La vite è in realtà il primo esempio di sequenziamento del genoma su una specie legnosa da frutto. Avere a disposizione la sequenza completa di riferimento consente di studiare tutta l’informazione genetica, in termini di organizzazione, regolazione e funzione, soprattutto in riferimento alle risposte a stimoli interni o esterni quali ad esempio risposta a patogeni o a diverse condizioni di crescita. Produce inoltre informazioni e strumenti per poter identificare, quantificare e analizzare la variabilità genetica naturale disponibile.

Con quali prospettive per il mondo agricolo?
Tra le applicazioni prevedibili a medio termine, che potranno avere una rilevanza importante per la viticoltura del 21esimo secolo c’è sicuramente lo sviluppo di nuovi genotipi tolleranti/resistenti a patogeni, ad esempio fungini, il cui controllo attualmente avviene attraverso l’impiego preventivo di fungicidi. Dati ISTAT riportano che nell’annata agricola 2004-2005 circa l’82% delle aziende viticole italiane ha fatto uso di fungicidi, con una media di 2,4 trattamenti annui, per un totale di oltre 15 kg di principi attivi per ettaro. La conoscenza dei meccanismi genetici di risposta, l’identificazione di geni di resistenza potranno portare allo sviluppo di vitigni resistenti, l’unica strategia efficace per ridurre l’uso dei fitofarmaci e per contenere l’inquinamento ambientale. Altri sviluppi potrebbero essere quelli relativi al controllo della tolleranza a stress abiotici per la gestione della qualità del prodotto. Pensiamo per esempio al problema della siccità, esistito nel passato nel nostro Paese in maniera marginale, e solo per alcune aree, oggi invece prepotentemente alla ribalta per i cambiamenti climatici; un  problema che comporterà l’ingresso, nell’agricoltura futura, di specie in grado di resistere in condizioni di scarsità di risorsa idrica. I nostri studi consentiranno di tutelare una produzione per l’Italia di grande rilievo culturale e colturale.

Servirà questa ricerca a dare maggiore competitività al nostro prodotto e a tutelarlo nei mercati internazionali? 
In un quadro in cui si ricerca la certificazione di qualità di filiera i metodi messi a punto con le conoscenze della genomica potranno rappresentare un vero e proprio codice a barre che metta in luce le diverse provenienze dei vitigni e la loro certa identificazione. Un apporto quindi alla lotta alle contraffazioni. Il Progetto in sostanza ha l'ambizione di contribuire alla crescita della viticoltura italiana, in sintonia con il principio che lo sviluppo di una società moderna dipende dalla sua conoscenza scientifica. “VIGNA” è altresì la dimostrazione che la tradizione e l’innovazione tecnologica possono e devono coesistere. 

Si può pensare alla salvaguardia della tipicità?
Un contributo verrà dalla definizione su basi genetiche delle differenze tra vitigni. Possiamo comunque affermare che gli studi intrapresi consentiranno di proseguire quanto è stato avviato ben cinque millenni or sono nella domesticazione della vite, soprattutto per le uve più “preziose”, grazie alle quali abbiamo raggiunto i primi posti nel mondo.  

Qual è l’entità dei finanziamenti destinati al Consorzio? Quali gli apporti per ciascun Paese?
Il MiPAF ha stanziato 6.5 milioni di euro al progetto “VIGNA”, progetto molto articolato nel quale il sequenziamento è solo una parte. Infatti, per il raggiungimento di questo obiettivo “VIGNA” ha allocato circa 3 milioni di euro. L’Istituto di Genetica Applicata di Udine ha cofinanziato mettendo a disposizione 2 milioni di euro. I ministeri francesi hanno allocato 6.5 milioni di euro, destinati tutti al sequenziamento e alle attività ad esso ancillari. Per le limitazioni intrinseche all’attuale tecnologia di sequenziamento, per ottenere una sequenza di ottima qualità dei 480 milioni di coppie (paia) di basi del DNA che compongono il genoma della vite sono stati prodotti dati di sequenza corrispondenti a oltre 12 volte la dimensione unitaria del genoma (circa 6 miliardi di paia di basi) ottenuti facendo oltre 8 milioni di corse di sequenza su sequenziatori automatici. I due gruppi italiani hanno prodotto circa il 42% di queste sequenze. I settori principali di intervento economico sono comunque stati quelli relativi all’acquisizione di strumenti di elevatissima tecnologia e alla formazione di 43 nuove professionalità nel campo della genomica, italiani in massima parte tra cui due stranieri (un francese e una croata), che sono rimasti a vivere nel nostro Paese.

A cosa ci porta dal punto di vista economico?
Domanda a cui è difficile rispondere. Questa al momento è una conquista essenzialmente di conoscenza. D’altra parte dalla conoscenza si sviluppa la tecnologia e l’applicazione. Il sequenziamento rappresenta soprattutto un punto di partenza per capire la funzione delle diverse componenti di un genoma e di come interagiscono tra loro e con l’ambiente. Alcune applicazioni si possono prevedere già da ora, altre, magari inaspettate, sicuramente diverranno evidenti man mano che si approfondiranno gli aspetti che sono stati citati in precedenza.

Partner italiani del Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Biologia Molecolare delle Piante

Dipartimento di Scienze Biomolecolari e Biotecnologie, Università di Milano 
Ente per le Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente (ENEA), Dip. di Biotecnologia e Agricoltura, Centro Ricerche Casaccia, Roma
Università degli Studi di Padova, Centro di Ricerca Interdipartimentale per le Biotecnologie Innovative (CRIBI), Gruppo di Ricerche Genomiche –(CRIBI Pd)
Università degli Studi di Udine, Dipartimento di Scienze Agrarie ed Ambientali 
Università degli Studi di Siena, Dipartimento di Scienze Ambientali “G. Sarfatti” 
Università degli Studi di Udine, Dipartimento di Scienze Agrarie ed Ambientali
Laboratorio Nazionale Consorzio Interuniversitario Biotecnologia di Trieste
Università degli Studi di Verona, Dipartimento Scientifico e Tecnologico
Università degli Studi di Verona, Dipartimento Scientifico e Tecnologico
Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare "E. Quagliariello" - Università di Bari
Istituto di Tecnologie Biomediche – CNR Sede di Bari

www.vitisgenome.it