Minacciato da clima estremo e nuove malattie, il frumento cerca nel suo passato le chiavi per il futuro. Il farro selvatico, suo antenato dimenticato, custodisce una straordinaria biodiversità e geni preziosi per resistere a siccità, calore e patogeni. Il CREA Genomica e Bioinformatica, con la più grande collezione italiana di frumenti selvatici, studia da anni queste varietà antiche, adattate a condizioni estreme, da cui estrarre geni utili per rendere le coltivazioni più resistenti. Cuore del progetto europeo PRO-WILD, il lavoro dei ricercatori italiani punta a rafforzare la sicurezza alimentare, riscoprendo e valorizzando il patrimonio genetico dimenticato del frumento. Incrociando il selvatico con il moderno, si aprono nuove strade per un’agricoltura più resiliente, sostenibile e pronta alle sfide globali.
Farro selvatico: scrigno di biodiversità
Il frumento, pilastro dell’alimentazione globale, si confronta oggi con avversità crescenti come conseguenza dei cambiamenti climatici e dell’insorgenza di nuove malattie, che mettono a rischio la sua produttività. La soluzione per rafforzarne la resilienza potrebbe non risiedere nelle varietà oggi coltivate o in quelle antiche, bensì nei progenitori, ossia le forme selvatiche del frumento (farro selvatico). Esse costituiscono un patrimonio genetico spesso trascurato, ma incredibilmente prezioso, custode di quella diversità biologica fondamentale che le cultivar moderne hanno in parte perso con la domesticazione e che ora è più che mai necessaria per innovare e fortificare il futuro della nostra agricoltura.
Le forme selvatiche del frumento presentano caratteriste della spiga che le rendono incoltivabili, quali semi molto piccoli che si staccano dall’asse della spiga una volta maturi, impedendone la raccolta. Tuttavia, essi hanno sviluppato nel corso dei millenni straordinarie capacità di adattamento a condizioni ambientali estreme. Essendo interfertili con le varietà moderne, queste capacità si possono facilmente trasferite tramite incrocio classico per reintrodurre geni di resistenza a malattie, tolleranza alla siccità e allo stress termico nelle cultivar attuali.
La valorizzazione del patrimonio racchiuso nei progenitori del frumento necessita tuttavia di azioni, conoscenze e strumenti genetici per renderlo accessibile ai costitutori varietali. Queste azioni includono la conservazione di collezioni rappresentative di queste forme selvatiche, la loro caratterizzazione fenotipica e molecolare, e lo sviluppo di un’ampia gamma di materiali genetici da esse derivate per ricercare i geni selvatici più utili.
Cosa sta facendo il CREA
Il Centro di Genomica e Bioinformatica (CREA-GB) ha sviluppato e gestisce la più vasta collezione italiana di frumenti selvatici, costituita da centinaia di forme provenienti dal Medio Oriente, dove essi crescono e sono naturalmente adattati. Inoltre, CREA-GB ha incrociato queste forme selvatiche con varietà moderne, generando nuove linee che integrano nel loro genoma “moderno” tratti del genoma e, quindi, della variabilità delle forme selvatiche. L’insieme di questi materiali genetici con le relative conoscenze sono diventate uno dei pilastri del progetto PRO-WILD (www.pro-wild.eu), finanziato nell’ambito del programma Horizon EU. PRO-WILD ambisce ad incrementare la biodiversità agricola di specie coltivate di origine europea (barbabietola, cavolo e frumento), attingendo al patrimonio genetico delle corrispondenti forme selvatiche.
PRO-WILD – Protect and promote Crop Wild Relatives
Finanziamento: € 5 472 484,50
Ente finanziatore: Unione Europea, nell’ambito del bando Crop wild relatives for sustainable agriculture, HORIZON-CL6-2023-BIODIV-01-13
Durata: 2024-2029
Consorzio: 19 partners europei pubblici e privati, coordinati dal Dr. Jacques Le Gouis, National Research Institute for Agriculture, Food and Environment INRAE, Centre Clermont Auvergne-Rhône-Alpes, France
Obiettivi: PRO-WILD protegge e promuove le specie selvatiche affini al grano, alla barbabietola da zucchero e alla colza, sia nei loro habitat naturali che nelle banche genetiche, sfruttando le loro preziose caratteristiche per migliorare la qualità nutrizionale e la resistenza agli stress biotici e abiotici. Il progetto catalogherà anche le caratteristiche benefiche, rendendole accessibili ai breeders e ai ricercatori.
In PRO-WILD, CREA-GB collabora alle attività di ricerca dedicate alle forme selvatiche del frumento ed è responsabile delle seguenti attività:
- Definire core collection rappresentative delle forme di frumento selvatico presenti nelle banche del germoplasma europee, core collection sulle quali svolgere azioni di caratterizzazione per incrementarne la fruibilità.
- Definire la composizione genica della collezione di farri selvatici e delle linee ottenute da incrocio con farro selvatico rispetto a quella dei frumenti duri moderni, per i quali CREA-GB ha coordinato l’iniziativa internazionale per l’assemblaggio del genoma di riferimento.
- Caratterizzare la collezione di farri selvatici e la popolazione di linee da incrocio per caratteri fenotipici relativi alla tolleranza a siccità, come la densità e la regolazione degli stomi, la struttura radicale, e alla resistenza a patogeni comuni del frumento come la fusariosi della spiga e la septoriosi. Le attività saranno condotte sia mediante la piattaforma per il monitoraggio in continuo della crescita delle piante PlantArray, disponibile al CREA-GB, sia attraverso l’allestimento di campi sperimentali, gestiti secondo protocolli adattati specificatamente alle piante selvatiche.
I maestri dell’efficienza: gli stomi
Le piante hanno bisogno di anidride carbonica (CO2) per compiere la fotosintesi, il processo che fornisce loro il cibo per vivere, crescere e produrre. La CO2 viene catturata dalle piante attraverso piccoli pori chiamati stomi disposti sulla superficie fogliare. Al CREA–GB, per studiare gli stomi, vengono combinate microscopia e intelligenza artificiale. Ogni volta che gli stomi sono aperti per catturare la CO2, prezioso vapore acqueo fuoriesce per un fenomeno noto come traspirazione. In questo contesto gli stomi agiscono come delle valvole che, aprendosi e chiudendosi, mantengono l’equilibrio tra ingresso della CO2 e perdita d’acqua. Il rapporto tra CO2 che entra e acqua che esce, ossia l’efficienza di utilizzo dell’acqua, è generalmente più alta in piante capaci di crescere in ambienti secchi.
Il PlantArray: l’occhio del Grande Fratello delle piante
La risposta delle piante agli stress è altamente dinamica nel tempo. La comprensione dei meccanismi di tolleranza e suscettibilità delle piante necessita, quindi, di osservazioni accurate e continue nel tempo, nonché di condizioni di stress controllate. Presso CREA-GB è in funzione la piattaforma per la fenotipizzazione fisiologica PlantArray®. L’occhio del PlantArray è un sistema di balance, che monitora in continuodecine di vasi simultaneamente. Le pesature consentono di regolare l’irrigazione per mantenere il livello di stress desiderato e registrare la risposta delle piante nel tempo in termini di acqua consumata per la crescita della pianta, attraverso la regolazione stomatica.
- Integrare i dati molecolari e fenotipici collezionati per identificare le linee da incrocio che mostrano maggiore tolleranza a stress ambientali, in virtù delle regioni genomiche acquisite dai farri selvatici, e – al contempo – aumentare la conoscenza genetica riguardo le strategie di risposta e difesa dallo stress delle piante tolleranti.
Benefici per il Futuro dell’Agricoltura
Sfruttare le potenzialità dei frumenti selvatici è fondamentale per garantire la resilienza delle colture in un mondo che cambia. Integrando tratti come la resistenza alle malattie e la tolleranza agli stress ambientali, i frumenti selvatici forniscono una base genetica per affrontare le sfide correnti e future. Il progetto PRO-WILD si impegna a promuovere le forme selvatiche, assicurando che i benefici derivanti dalla loro conservazione e caratterizzazione raggiungano il settore agricolo e contribuiscano a sviluppare colture resilienti.
Primo ricercatore
CREA – Centro di ricerca Genomica e Bioinformatica, Fiorenzuola d’Arda
L’ attività di ricerca è volta alla dissezione genetica dei tratti quantitativi nelle specie di cereali (frumento duro in particolare) sia a livello molecolare che genomico.
#lafrase Sii il cambiamento che vuoi vedere nel mondo (M. Gandhi)
Ricercatore
CREA – Centro di ricerca Genomica e Bioinformatica, Fiorenzuola d’Arda
La mia attività di ricerca è incentrata sulla comprensione delle basi genetiche e molecolari della risposta delle piante alla siccità. L’obiettivo principale è studiare la diversità genetica naturale di geni che regolano lo sviluppo e il funzionamento degli stomi e come questi influiscono sull’efficienza dell’utilizzo dell’acqua nelle piante.
#lafrase Follia è fare sempre la stessa cosa e aspettarsi risultati diversi (A. Einstein)
Ricercatrice
CREA – Centro di ricerca Genomica e Bioinformatica, Fiorenzuola d’Arda
I suoi interessi scientifici sono incentrati nello studio della genetica dei cereali e in particolare nello studio dei caratteri e dei geni coinvolti nella resistenza alla siccità.
Primo ricercatore
CREA – Centro di ricerca Genomica e Bioinformatica, Fiorenzuola d’Arda
È incuriosita dalla diversità delle specie coltivate e selvatiche che caratterizza per caratteri morfologici e della tolleranza agli stress ambientali e ai patogeni.
