Dna della vite, la biografia di una coltura

Grazie alla Fondazione Edmund Mach - Iasma, ora si può 'leggere' l'intero genoma della vite

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La scienza che studia i genomi, la genetica, ha avuto sviluppi impressionanti negli ultimi anni fino ad arrivare alla 'lettura' dell'intero genoma umano. La genetica delle piante ha beneficiato delle conoscenze e delle tecnologie sviluppate per quella umana, fino ad affacciarsi anch'essa nella 'lettura' di interi genomi di piante importantissime alla sopravvivenza dell'uomo come ad esempio il riso, e gradualmente così sarà per le altre piante coltivate. Nei laboratori di ricerca della Fondazione Edmund Mach, con importanti collaborazioni nazionali ed internazionali, è iniziato nel 1999 un progetto che mira ad incrementare le conoscenze sul genoma della vite coltivata e specie affini, fino ad arrivare alla 'lettura' dell'intera informazione genetica.

La ricostruzione virtuale dei 19 cromosomi della vite ha impegnato nei primi anni del progetto un consistente numero di ricercatori e neo-laureati creando sia alta formazione nel settore che una serie di conoscenze di base, come i marcatori e le mappe molecolari, che vedranno la loro applicazione nel miglioramento genetico della specie. Successivamente alla ricostruzione virtuale dei cromosomi, un importante progetto, realizzato congiuntamente all'Università di Udine, ha consentito la ricostruzione fisica dei cromosomi integrando le conoscenze prodotte dalle mappe molecolari con dati relativi a grandi frammenti di Dna di vite isolati con sofisticate tecnologie. In ultima analisi, queste attività di base hanno costituito le premesse per la produzione delle conoscenze necessarie alla lettura dell'intero genoma della vite, ottenuta depositata nelle banche dati internazionali nel dicembre del 2006 e pubblicata nel dicembre del 20077. Oggetto della ricerca è stata una varietà commerciale, un Pinot Nero coltivato (eterozigote).

In parallelo alle attività focalizzate alla ricostruzione dei cromosomi e alla lettura del codice genetico, un altro aspetto molto importante per la comprensione delle informazioni genetiche ottenute è ovviamente attribuire una funzione ad ogni gene identificato nel Dna della pianta. Ad esempio, nel confronto tra uve di colore nero o bianco, si evidenzia la presenza nel genoma della vite a bacca nera di un gene responsabile del colore, che invece è inattivato da una mutazione nella bacca bianca.

Di grande interesse per una viticoltura a minore impatto ambientale sono, ad esempio, le resistenze genetiche naturali, presenti nelle viti selvatiche ed identificabili oggi con le informazioni genetiche disponibili. Tecnologie avanzate come i Dna 'microchip' permetteranno ai ricercatori di individuare tutte le differenze che sono presenti nei confronti esemplificati, per definire i geni responsabili e utilizzare queste informazioni nel miglioramento genetico.

Il lavoro di decodificazione del genoma della vite che ha impegnato per gli ultimi due anni i ricercatori dell'Istituto Agrario di San Michele, Fondazione E. Mach è stato pubblicato nel Dicembre scorso sulla prestigiosa rivista scientifica internazionale Plos ONE.Science - Genoma della vite - estratto

Successivamente è stato richiamato anche dalla rivista Science.

La più recente pubblicazione è disponibile su Nature Biotechnology (Numero 3, marzo 2008)

 

'Leggere nel Dna di una specie quelle che sono le informazioni biologiche,' commenta Riccardo Velasco su Iasma Notizie', 'le informazioni che sin dalla germinazione di un seme accompagnano la pianta per tutta la sua esistenza, ci consegna in un certo senso le chiavi per la comprensione di tutti gli eventi biologici, chimici e fisiologici che avvengono nella pianta durante tutta la sua vita.'

'Nelle piante da frutto, questa informazione è poi costante poiché le piante da frutto coltivate, nel particolar caso la vite,' aggiunge Velasco 'sono propagate per linee clonali, perpetuando per decenni o anche centinaia di anni sempre lo stesso Dna.'

 

La molecola del Dna infatti contiene le informazioni che codificano la composizione di tutte le proteine della pianta, sia strutturali che enzimatiche, ovvero quelle proteine che determinano le reazioni chimiche che avvengono nei vari tessuti della pianta. Leggere il Dna della vite ha consentito innanzitutto di identificare quelli che sono tutti i geni presenti nel genoma, individuandone circa 30.000

 

Qual è l'utilità di queste informazioni?

Oltre alla utilità che questi dati hanno per le conoscenze biologiche relative al funzionamento della pianta fin nel dettaglio, si possono in questo modo identificare gli attori cellulari di tutti i processi biochimici che interessano dal punto di vista chimico-enologico, ad esempio identificare tutti i componenti cellulari che determinano il contenuto e la qualità aromatica della bacca di un Traminer piuttosto che di un Moscato.

'Una volta identificati i geni nel genoma,' sottolinea Velasco 'la nostra attività si è concentrata nelle differenze che caratterizzano le diverse varietà. Le proteine (enzimi) sono presenti infatti in numerose varianti nelle diverse varietà delle piante coltivate, così come nell'uomo e negli animali, determinando quelle differenze che si possono percepire sia visivamente (morfologia) che dopo analisi chimiche (fisiologia, biochimica), e nel particolare caso della vite, ciò che distingue un Cabernet Sauvignon, da un Merlot, da un Teroldego. Queste varianti, che definiscono delle leggere differenze nelle informazioni che sottendono la codifica di ogni proteina, si chiamano 'alleli' e rappresentano le diverse versioni dei 'geni'. Identificare le varianti alleliche sarà l'autentica sfida della cosiddetta era post-genomica (che segue il sequenziamento di una genoma), perché proprio da come riusciremo a sfruttare questa informazione che dipenderà il vero successo della nostra iniziativa. 

 

Milestones del progetto

1999: inizio progetto genomica delle piante da frutto (vite e melo) preso lo Iasma

2001: nascita a Davis, California, dell'International Grapevine Genome Program che ha visto Iasma tra i fondatori con lo scopo finale di completare il sequenziamento del genoma della vite e renderlo pubblico

2004: realizzazione della mappa fisica congiuntamente all'Università di Udine

2006: pubblicazione nelle banche dati internazionali della sequenza del genoma della vite

2007: completamento del percorso con la pubblicazione del lavoro svolto a Iasma sulla rivista PLoSONE.

 

Quali sono le opportunità per la viticoltura?

'L'innovazione in agricoltura oggi passa dalla capacità di produrre conoscenza e dal saperla sfruttare: la ricerca che si fa impresa. Attendere che siano altri a produrre conoscenza e, dopo averla sfruttata, ci impongano le loro scelte in maniera forzata non è quello che vogliamo. L'esempio della mela Pink Lady è noto a tutti, e il futuro delle scelte varietali, presto o tardi anche per la vite, dipenderà da quanto ci si è resi indipendenti, o meglio ancora da quanto ci si saputi imporre sul mercato. Sicuramente il mondo viticolo-enologico manterrà ancora per molto tempo un forte interesse nelle varietà esistenti, ma il nostro compito è prevenire e prevedere quanto il mondo potrà cambiare per non farci trovare impreparati.'

Per questi motivi, possedere queste indispensabili informazioni biologiche, conoscere le più sofisticate tecnologie per poterle sfruttare, e mettere in pratica un programma di miglioramento genetico che sfrutti queste conoscenze, mette al riparo da una eccessiva dipendenza e garantisce un ruolo innovativo, anche propositivo, nel mondo.

'Selezionare le varianti alleliche e poterle seguire in popolazioni naturali di incrocio, che non prevede il ricorso agli Ogm, ma che sfrutta la capacità di seguire le varie combinazioni geniche di ogni singolo individuo di ogni incrocio, anche su numeri molto elevati, tra 10.000 e 100.000 nuovi genotipi all'anno, è quanto oggi l'Istituto può offrire al mondo produttivo. Conoscere i geni e le loro varianti è un patrimonio che San Michele oggi ha ed è pronto a sfruttare per la propria crescita e per l'economia trentina innanzi tutto.'

 

Parliamo della filiera vitivinicola: quale evoluzione si può prevedere?

'La collaborazione con il mondo produttivo, coltivatori e vivaisti in testa, è fondamentale. Una forte collaborazione e sinergia tra queste tre forze nel settore viticolo-enologico deve guidare l'attività di miglioramento genetico che ha a disposizione gli strumenti più sofisticati oggi disponibili a livello mondiale. Con le basi che oggi abbiamo consolidato e perseguendo obiettivi che sappiano interpretare le esigenze future del mondo produttivo e dei consumatori in un mercato in rapida evoluzione si potrà garantire la sostenibilità e ulteriore crescita del settore.'

 

Che tipo di collaborazione o interscambio di informazioni ci possono essere con la filiera (vivaisti in primis)?

La costituzione di una qualunque forma consortile o collaborativa con produttori e vivaisti sarebbe la soluzione ideale per lo sfruttamento delle informazioni prodotte. Il miglioramento genetico, così come la certificazione varietale e, in futuro, clonale potrebbero essere definitivamente standardizzate con le informazioni molecolari'

 

Genoma vite - gruppo di lavoro in vigneto

 

Si ringraziano Roberto Viola, dirigente Research Center, e Riccardo Velasco, Head of Genetics and Molecular Biology department, della Fondazione Edmund Mach - Istituto Agrario di San Michele all'Adige per la collaborazione

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