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giovedì, 22 Febbraio 2024

Melanzana:  senza semi, prima di tutto

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La melanzana è un tipico ortaggio mediterraneo, presente in numerose varianti nella tradizione culinaria italiana. I principali obiettivi del suo miglioramento genetico sono la maggiore resistenza a stress biotici (insetti, funghi e batteri) e abiotici, come le temperature elevate, le carenze idriche o gli eventi estremi legati ai cambiamenti climatici. Il CREA Genomica e Bioinformatica, con il progetto BIOTECH-QUALIMEC (Biotecnologie sostenibili per l’agricoltura italiana – Miglioramento delle proprietà qualitative in melanzana e carciofo mediante approcci di genome editing e cisgenesi), è impegnato in linee di melanzana con frutti privi di semi, andando incontro alle esigenze del consumatore

La melanzana (Solanum melongena) è una specie appartenente al sottogruppo “spinoso” delle Solanacee, una delle più grandi famiglie botaniche esistenti, che comprende centinaia di specie, tra cui anche altre illustri orticole come il pomodoro, la patata e il peperone.

Originaria del Vecchio mondo, è stata importata in Europa durante le colonizzazioni dei Mori e attualmente è coltivata nelle aree temperate e temperato-calde di tutte le latitudini, con la Cina al primo posto nella produzione mondiale e l’Italia in quella europea.

La ricchezza in vitamine, il  basso contenuto calorico e la forte presenza di sostanze ad alto valore nutraceutico, ne fanno uno degli alimenti indispensabili di una dieta sana ed equilibrata, ed una importante protagonista delle tradizioni culinarie di molti Paesi.

Di questa coltura orticola, tipicamente mediterranea, esistono numerose varietà locali differenti per colore, forma e dimensione della bacca e per l’attinenza alle tipiche preparazioni culinarie. La produzione avviene durante tutti i periodi dell’anno, grazie alle coltivazioni extra-stagionali in serra.  

Fig. 1 – Calli con germogli editati selezionati in vitro; (b) vista della cella di coltura in vitro con espianti in rigenerazione e piante radicate; (c)  pianta editata sottoposta ad autofecondazione; (d) pianta editata con 2 frutti ottenuti da fiori emasculati; (e, f)  fiori di piante editate che mostrano un precoce accrescimento dell’ovario evidenziato dalla contemporanea presenza di petali o stilo ancora vitali; (g, h)  frutto maturo di dimensione commerciale intero e tagliato che non presenta alcun seme ottenuto da pianta editata. Foto di Giuseppe Leonardo Rotino e Laura Toppino

Il principale obiettivo del suo miglioramento genetico è la maggiore resistenza della pianta sia a stress biotici (insetti, funghi e batteri) sia a quelli abiotici (le temperature elevate, le carenze idriche o gli eventi estremi legati ai cambiamenti climatici), che possono incidere notevolmente sulla qualità e la resa delle coltivazioni. Per quanto riguarda poi i frutti, tra i principali scopi del miglioramento possono essere annoverati: un più elevato contenuto in composti di interesse nutraceutico e un limitato apporto di sostanze anti-nutrizionali, la varietà di colore e la lucentezza della buccia, il colore della polpa, la consistenza più spiccata e un ridotto imbrunimento, ma, è soprattutto, l’assenza di semi, la caratteristica maggiormente richiesta anche dalle industrie di trasformazione (prodotti surgelati) e conservazione.

Nel mondo, molti gruppi di ricerca stanno utilizzando le Tecniche di Evoluzione Assistita (TEA) in melanzana, orientando l’attenzione sugli aspetti economici e principalmente sul miglioramento della qualità della bacca o sulla resistenza a patogeni. In Italia, il primo esempio di utilizzo delle TEA in melanzana ha riguardato alcuni geni delle polifenolossidasi (PPO), con l’obiettivo di ridurre l’imbrunimento della polpa.

Rispetto alle altre solanacee da frutto (pomodoro e peperone), in melanzana la maturazione commerciale è sempre largamente anticipata rispetto alla maturazione fisiologica, poiché quest’ultima – che grossolanamente si può far coincidere con la presenza di ingiallimenti della buccia e semi – deprezza notevolmente il prodotto, fino a renderlo non più commercializzabile. La presenza dei semi non è infatti molto apprezzata dal consumatore poiché fa ammorbidire la polpa, rovinandone la struttura, tende a farla imbrunire più velocemente e sembra renderla più piccante. La partenocarpia, ossia la capacità delle piante di produrre frutti senza la necessità di impollinazione, è un tratto molto vantaggioso e un importante oggetto dell’attività di miglioramento genetico in melanzana: essa consente di produrre frutti privi di semi, di estendere il periodo di raccolta delle bacche e anche di avere produzioni in condizioni ambientali sfavorevoli all’impollinazione, come nelle coltivazioni in serra, con notevole riduzione dei costi di riscaldamento e manodopera, senza dimenticare una migliore performance sotto il profilo della sostenibilità, in quanto possono essere evitati i trattamenti con sostanze chimiche alleganti.

La ricerca CREA: il progetto BIOTECH-QUALIMEC

Il CREA Genomica e Bionformatica, nell’ambito del progetto BIOTECH-QUALIMEC (Biotecnologie sostenibili per l’agricoltura italiana – Miglioramento delle proprietà qualitative in melanzana e carciofo mediante approcci di genome editing e cisgenesi), finanziato dal MASAF, si è inserito all’interno di questo contesto con l’obiettivo di ottenere linee di melanzana senza semi, attraverso lo sviluppo partenocarpico del frutto. 

Come tanti altri frutti, anche quello della melanzana si origina dall’ingrossamento dell’ovario. Lo sviluppo del frutto è un processo estremamente regolato da numerosi fattori ed è ormai noto che l’aumento dei livelli di alcuni ormoni – e soprattutto dell’auxina – giocano un ruolo fondamentale nell’attivazione di questo processo. Nel fiore aperto l’ovario è già formato, ma si trova in uno stato “quiescente” e la sua crescita è bloccata da alcuni geni regolatori negativi che impediscono alle auxine di far ingrossare il frutto. Questo impedimento rimane forte fino a che non avviene l’impollinazione: una volta che gli ovuli vengono fecondati e si è formato l’embrione, si attivano dei segnali che arrestano l’attività dei geni regolatori negativi, liberando le auxine nell’ovario e quindi determinando lo sviluppo del frutto.

In collaborazione con i Dipartimenti di Biotecnologie dell’Università di Verona e di Bioscienze dell’Università di Milano (Dbs-Unimi), si è agito, mediante l’utilizzo delle TEA, su alcuni di questi geni coinvolti nei meccanismi di sintesi e regolazione dei livelli di auxine dell’ovario. Sono state generate linee di melanzana con sviluppo del frutto partenocarpico e quindi senza semi. E’ interessante notare che, in alcune di queste linee, l’effetto partenocarpico non è stato completo e si sono ottenuti frutti con pochi semi. Si tratta di un  aspetto comunque interessante dal punto di vista commerciale, in quanto, al tempo stesso, permette di poter continuare a propagare sessualmente queste linee.

Giuseppe Leonardo Rotino
Dirigente di Ricerca CREA Genomica e Bioinformatica. Responsabile scientifico sottoprogetto Qualimec

Si interessa di breeding classico ed assistito da biotecnologie per sviluppare materiali genetici innovativi in melanzana. Ha all’attivo numerose pubblicazioni (H-index = 30).

#lafrase Convintamente pro biotech, perché non possiamo risolvere i problemi odierni utilizzando solo le soluzioni dell’altro ieri

Laura Toppino
Primo Ricercatore CREA Centro Genomica e Bioinformatica

Svolge la sua attività di ricerca nel campo del miglioramento genetico delle specie orticole e principalmente di melanzana, mediante la complementazione di metodologie classiche con tecniche biotecnologiche avanzate per introdurre caratteri innovativi nel pool genetico e nel panorama varietale delle specie oggetto di studio al fine di ottenere risultati trasferibili alla realtà produttiva.

#lafrase Chi conosce tutte le risposte, non si è fatto tutte le domande (Confucio)

Maria Rosaria Tassone
Collaboratore tecnicoCREA-Genomica e Bioinformatica

Dottore di Ricerca in Scienze agrarie, alimentari e forestali. Si interessa di Plant breeding, sviluppo di marcatori molecolari, caratterizzazione genotipica e fenotipica in melanzana.

#lafrase La ricerca è l’arte della soluzione (Peter Medawar, su New Statesman, 1964)

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