NUOVO:
Responsabile scientifico e capofila italiano di PRIMA-DROMAMED. Il primo tentativo così largamente condiviso tra numerosi partner di entrambe le sponde del Mediterraneo di impostare il miglioramento genetico del mais per tolleranza alla siccità e agli stress correlati negli areali del Sud Europa e del Nord Africa e, in prospettiva, in aree più ampie di diffusione di questa coltura. Obiettivo generale della ricerca è la capitalizzazione delle risorse genetiche mediterranee, italiane ed europee di mais, per il superamento delle limitazioni attuali nell’adattamento di questa coltura a condizioni agroambientali sub-ottimali, o in aree mediterranee o dovute al climate change. Un ulteriore elemento di innovazione è dato dalla partecipazione attiva di associazioni degli agricoltori e stakeholder, cui spetterà il delicato compito di seguire lo svolgimento delle attività progettuali e intervenire per rafforzare l’impatto sociale dei risultati della ricerca.
programmi PRIMA 2020 (pag 86)
Partecipo a programmi ricerca in genetica agraria.
Questi studi hanno, in generale, lo scopo di determinare le basi
genetiche di caratteri importanti per una agricoltura sostenibile,
e sono indirizzati principalmente allo sfruttamento dell'eterosi ed
al miglioramento della tolleranza agli stress.
Le ricerche riguardano il mais, scelto sia per la sua rilevanza
economica sia per la sua importanza come specie modello.
I metodi utilizzati comprendono approcci di genetica classica
(quantitativa) in combinazione con informazioni fornite dalla
genetica molecolare (genomica) per mezzo di strumenti statistici
innovativi.
I temi di ricerca considerati di recente riguardano:
- Approfondimenti di genetica quantitativa
- Individuazione di loci che controllano eterosi in mais
- Individuazione di "quantitative trait loci" (QTL) in popolazioni
di mappa articolate
- Caratterizzazione di linee isogeniche per QTL eterotici in
mais
- Analisi di tolleranza al freddo alla germinazione in mais
A - METODI COMUNI A DIVERSE LINEE DI RICERCA I metodi
adottati sono, almeno in parte, comuni ai diversi studi: - Uso di
marcatori genetici. Questi vengono utilizzati per l'identificazione
di QTL (quantitative trait loci). La combinazione dei dati
fenotipici e genotipici rilevati in popolazioni segreganti permette
la stima delle posizioni dei QTL nel genoma e una quantificazione
dei loro effetti. - Produzione di materiali genetici ad hoc. Questo
è un processo fondamentale, anche se dispendioso in termini di
tempo e di risorse. Sono ottenute popolazioni segreganti per i
caratteri di interesse e/o genotipi differenziati attraverso
selezione. Per lo studio di QTL è utile la realizzazione di
selezione assistita da marcatori (MAS: Marker-Assisted Selection)
per ottenere linee quasi isogeniche (NIL) differenziate solo per la
regione cromosomica sede di un QTL. Successivamente, su ampie
popolazioni di mappa derivanti dall'incrocio fra NIL, sarà
possibile il clonaggio dei geni che controllano il carattere
oggetto di studio.
B - RISULTATI OTTENUTI E STATO DI AVANZAMENTO DELLE
RICERCHE.
-
Studio dell'eterosi: Questa ricerca si inserisce in un
programma più ampio per lo studio di un fenomeno assai sfruttato
come l'eterosi, le cui basi genetiche sono ancora poco note. Per
quanto riguarda la sottoscritta, questo studio si articola in tre
linee distinte: (i) identificazione di QTL, (ii) plasticità
fenotipica in seguito a stress, (iii) interazione tra pianta e
microorganismi utili.
(i) Identificazione di QTL. La valutazione, in diversi
ambienti, di un'ampia popolazione di incroci ha consentito
l'identificazione di diversi QTL coinvolti nell'eterosi.
Attualmente è in corso una MAS per ottenere NIL per alcuni di tali
QTL. Queste NIL verranno prima saggiate in combinazione ibrida per
validare i QTL individuati ed in seguito saranno utilizzate per
l'approfondimento degli aspetti genetici, fisiologici e biochimici
alla base del vigore ibrido. Tali conoscenze potrebbero avere anche
una importante ricaduta pratica, per lo sfruttamento più mirato ed
efficace dell'eterosi non solo nel mais ma anche in altre piante
coltivate.
(ii) Plasticità fenotipica in seguito a stress. Abbiamo
ipotizzato che inibendo la funzione della "heat shock protein 90"
(hsp90), che ha un ruolo tampone nei confronti dei danni
fisiologici causati da stress, si mettano in evidenza i QTL in
grado di conferire plasticità fenotipica. Abbiamo quindi analizzato
per risposta all'inibizione di hsp90 la medesima popolazione
utilizzata per individuare i QTL per eterosi ed abbiamo verificato
diverse corrispondenze. Questi risultati aprono interessanti
prospettive per la spiegazione biochimica dell'eterosi.
(iii) Interazione tra pianta e microrganismi utili. Il
batterio Pseudomonas (DAPG+) è in grado di proteggere le radici
dall'infezione di funghi patogeni. Abbiamo studiato la popolazione
di questo microrganismo nella rizosfera di linee ed ibridi di mais
ed abbiamo evidenziato che negli ibridi sono presenti popolazioni
di batteri più numerose e differenziate rispetto a quelle delle
linee inbred corrispondenti. Questi risultati indicano che la
superiorità degli ibridi potrebbe essere dovuta, almeno in parte,
ad un'interazione ottimale tra pianta e microrganismi. In una
prosecuzione dello studio si potrà studiare la corrispondenza tra
QTL per eterosi e per capacità della pianta di supportare il
batterio. I risultati potranno essere utili anche per lo
sfruttamento dell'eterosi in regimi di a ridotto impatto
ambientale.
-
Analisi genetica della qualità del seme e della sua
conservabilità. La tolleranza al freddo viene studiata
attraverso la mappatura di QTL per germinabilità a basse
temperature e attraverso l'indagine fisiologica su popolazioni
sviluppate ad hoc. Nel primo caso è stato rilevato che alcuni QTL
per tolleranza al freddo hanno un'azione anche sulla longevità del
seme. Sono quindi in corso approfondimenti sulla funzione do questi
QTL, che potrebbe riguardare caratteristiche delle membrane
cellulari. L'indagine fisiologica è condotta sui canali ionici dei
mitocondri di diversi genotipi di mais. In questo caso è stata
analizzata la proteina del canale del cloro (ClC) ed è stato
dimostrato che questa è coinvolta nella tolleranza. Questo
risultato potrebbe aprire nuove prospettive per la selezione di
genotipi tolleranti. -
- Studio degli effetti fenotipici associati al gene P1. In
precedenti studi, il colore del tutolo (rosso o bianco, controllato
dal gene P1) era risultato associato alla resa e ad altre
importanti caratteristiche agronomiche. Abbiamo quindi effettuato
una MAS per la produzione di linee che differiscono per il colore
del tutolo. I primi risultati delle indagini su queste linee hanno
evidenziato che la regione cromosomica che include il gene P1
controlla anche resa, lunghezza del ciclo biologico e qualità della
cariosside. Si sta ora avviando un mappaggio più fine della regione
cromosomica in esame.
