Tabacco: con l’erbario antico si riscrive la storia

“Erbari sono archivi genetici del tempo, prima che il DNA svanisca, ascoltiamolo: riscriviamo la storia delle piante, un frammento di DNA alla volta.” 

Dimenticata per quasi un secolo in un erbario del CREA, una foglia di tabacco, datata 1934, ha riaperto un capitolo della storia agricola italiana. Grazie alla PCR e alle moderne tecniche di estrazione del DNA, i ricercatori hanno scoperto che il fungo Peronospora tabacina era presente nel nostro Paese già nel 1934 –  anticipando di oltre 20 anni la data ufficiale della sua comparsa in Europa – e hanno recuperato e sequenziato il DNA del patogeno dal campione d’erbario quasi centenario. La scoperta cambia radicalmente la narrazione sull’origine dell’epidemia che colpì il tabacco negli anni ’60. Gli erbari storici si rivelano così non solo archivi botanici, ma veri strumenti scientifici per riscrivere il passato e preparare l’agricoltura alle sfide del futuro. 

Presso il CREA- Cerealicoltura e Colture Industriali (CREA-CI) di Caserta, è presente la biblioteca storica Leonardo Angeloni, composta da 3820 volumi (in gran parte riguardanti studi sul tabacco) e da un gran numero di erbari, a partire dal 1909, contenenti specie di Nicotiana, varietà di Nicotiana tabacum e infestanti del tabacco. Gli erbari rappresentano risorse importanti non solo per studi botanici, ma anche per monitorare origini, diffusione e variabilità genetica nel tempo dei funghi patogeni delle piante (Ristaino et al., 2001). I materiali essiccati costituiscono valide alternative per studi molecolari, e la tecnica PCR può superare i problemi legati all’isolamento del DNA, come la bassa resa e qualità.

Durante una nuova catalogazione degli erbari della biblioteca Leonardo Angeloni presso il CREA-CI di Caserta (Sud Italia), è stata notata una foglia secca di Nicotiana tabacum (var. Burley), conservata in un erbario datato 1934, che mostrava sintomi tipici di Peronospora tabacina. Usando tecniche moderne di biologia molecolare, come l’estrazione del DNA e la PCR (Polymerase Chain Reaction, ovvero Reazione a catena della polimerasi, è una tecnica di biologia molecolare utilizzata per amplificare specifiche sequenze di DNA, cioè per ottenere milioni di copie di un frammento di DNA a partire da una quantità iniziale anche molto piccola.), i ricercatori sono riusciti a confermare la presenza del fungo responsabile (Peronospora tabacina) su quella foglia di quasi un secolo fa. Nonostante il tempo trascorso, il DNA del patogeno era ancora leggibile e in buono stato.  

Tutti gli esperimenti, a partire dalla preparazione dei campioni, sono stati eseguiti in due diversi laboratori, rispettivamente per i campioni freschi e per quelli d’erbario. I campioni prelevati dall’erbario sono stati analizzati in un laboratorio privo di precedenti studi su P. tabacina. I due laboratori si trovano in edifici distinti presso il CREA-CI. I due protocolli utilizzati per l’estrazione del DNA hanno dato risultati simili in termini di quantità e qualità del DNA per tutti i campioni. Le reazioni PCR hanno prodotto ampliconi (ossia frammenti di acido nucleico – DNA o RNA – prodotti e replicati da una reazione di amplificazione, come la PCR ndr) della dimensione attesa, utilizzando come stampo DNA estratto da campioni sintomatici (freschi e secchi). Il DNA da campioni asintomatici (freschi e secchi), usato come controllo negativo, non ha generato prodotti PCR. 

L’amplificazione del frammento di DNA ha indicato che, dopo 82 anni, il DNA fungino era ancora in buone condizioni, mentre in un precedente studio (Ristaino et al., 2001) erano stati ottenuti solo prodotti di dimensioni inferiori (< 200 bp) utilizzando DNA di Phytophthora infestans estratto da campioni di foglie vecchi di 147 anni. I nostri risultati forniscono evidenza della presenza della peronospora del tabacco in Italia già nel 1934, ovvero 24 e 26 anni prima della prima segnalazione ufficiale in Italia ed Europa, rispettivamente. Quindi, negli anni ’30 P. tabacina era già presente in Italia, diventando una minaccia grave per le colture di tabacco solo negli anni Sessanta. E questa scoperta è avvenuta solo grazie a un’intuizione, all’applicazione di moderne tecnologie e al materiale storico. 

Il repentino scoppio dell’epidemia nel 1961 potrebbe essere spiegato da: 

• cambiamenti climatici, che avrebbero potuto alterare le condizioni ambientali e/o la genetica del patogeno, e quindi la sua virulenza; 

• utilizzo di cultivar di tabacco più suscettibili al patogeno; 

• aumento del tasso di incontro tra patogeno e ospite. Sono in corso studi sul DNA estratto da foglie d’erbario per verificare se esistono differenze significative in alcuni geni legati alla patogenicità tra isolati moderni e antichi di P. tabacina. 

Questo lavoro conferma l’importanza dell’utilizzo delle collezioni storiche per studiare aspetti genetici, ecologici ed epidemiologici delle malattie delle piante e propone un grande sforzo per il sequenziamento del DNA fungino da esemplari d’erbario prima della sua completa degradazione, per evitare la perdita di informazioni. 

Un fungo invisibile dal passato: la peronospora del tabacco era già in Italia nel 1934 

Questo risultato cambia la nostra comprensione della storia di questa malattia: P. tabacina era già presente in Italia almeno 24 anni prima della sua “scoperta ufficiale”. È probabile che, negli anni ’30, il fungo fosse presente ma non abbastanza aggressivo o diffuso da causare epidemie. Solo negli anni ’60, complice forse il cambiamento climatico o l’uso di varietà di tabacco più vulnerabili, la malattia è esplosa. 

Questo studio dimostra quanto siano preziosi gli erbari storici: non servono solo a conservare piante, ma sono veri e propri archivi biologici, che ci permettono di riscrivere la storia delle malattie e capire meglio come si evolvono.  

Perché è importante sequenziare il DNA antico conservato negli erbari?  

Gli erbari non sono solo raccolte di piante essiccate: sono archivi viventi di biodiversità, testimoni silenziosi della storia naturale, agricola e climatica degli ultimi secoli. Con le moderne tecnologie di sequenziamento del DNA, possiamo estrarre materiale genetico anche da campioni vecchi di decine o centinaia di anni.  

Sequenziare il DNA di patogeni (come funghi, batteri o virus) presenti su foglie antiche consente di: 

• Ricostruire la storia evolutiva di malattie vegetali: scopriamo quando e dove sono comparse, come si sono diffuse e se sono mutate nel tempo. 

•  Confrontare ceppi antichi e moderni: possiamo capire se i patogeni sono diventati più aggressivi o resistenti, e identificare i geni responsabili. 

• Studiare la vulnerabilità delle colture nel passato e progettare varietà più resistenti per il futuro. 

• Capire l’impatto dei cambiamenti climatici e ambientali sulla comparsa o la diffusione di malattie. 

Nel caso dello studio sulla Peronospora tabacina, sequenziare il DNA di un fungo trovato su una foglia del 1934 ha permesso di riscrivere la storia della peronospora del tabacco in Europa, dimostrando che era presente decenni prima della sua segnalazione ufficiale. Quindi,  il sequenziamento del DNA da erbari è una macchina del tempo genetica, capace di fornirci informazioni uniche che non possiamo ottenere in altro modo. Prima che il DNA si degradi del tutto, è fondamentale conservarlo e studiarlo: è un tesoro per il futuro della scienza e dell’agricoltura. 

La difesa agroecologica delle piante: il futuro per le colture e l’ambiente.

Laureata in sociologia rurale, lavora dal 1990 all’INEA, in seguito CREA-Politiche e Bioeconomia, sulle pubblicazioni istituzionali, occupandosi di temi come la qualità dei prodotti agroalimentari e l’agricoltura biologica

#lafrase Se accanto alla biblioteca avrai un orto non ti mancherà nulla (Cicerone) 

#lafrase “Niente nella vita va temuto, deve essere solamente compreso. Ora è tempo di comprendere di più così possiamo temere di meno.” (Marie Curie)