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domenica, 14 Luglio 2024

Pomodoro: il futuro è già qui

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Come saranno i pomodori che mangeremo nei prossimi anni? Il loro miglioramento genetico potrebbe essere decisivo per rispondere alla sfide poste da produttività, qualità e sostenibilità (es. riduzione utilizzo acqua, fertilizzanti e fitofarmaci). 

Lo sa bene il CREA che, da un lato, presso il suo Centro Orticoltura e Florovivaismo, con il progetto BIOTECH-CISGET si propone di produrre nuove varietà di pomodori resistenti ai patogeni e di migliorare la loro qualità organolettica e nutrizionale; dall’altro, invece, presso il suo Centro di Genomica e Bioinformatica, grazie al contributo del progetto SMART-BREED, si concentra maggiormente sul breeding di varietà resilienti, che mantengano le caratteristiche produttive e di tipicità in condizioni ambientali  variabili ed estreme.

Le Tecniche di Evoluzione Assistita (TEA) rappresentano un vero punto di svolta in quanto consentono di introdurre piccoli e mirati cambiamenti genetici in modo preciso, generando nuovi prodotti vegetali con proprietà sorprendentemente innovative.  

In questo scenario, il pomodoro è protagonista assoluto, in quanto modello per studiare caratteri importanti associati allo sviluppo della pianta, alla fioritura, allo sviluppo dei frutti e alla maturazione: in particolare il pomodoro è da sempre uno dei soggetti favoriti per il miglioramento del contenuto in sostanze di interesse salutistico, grazie al suo ampio impiego come prodotto sia fresco che trasformato.

L’Italia è il primo produttore europeo di pomodoro con 6.6 milioni di tonnellate e oltre 6000 milioni di euro di fatturato. (FAO Stat 2021).

A livello internazionale le TEA sono oramai molto diffuse e sono già state utilizzate in pomodoro per l’ottenimento di genotipi: a) resistenti a malattie virali come il Tomato yellow leaf curl virus, il Tomato Mosaic Virus, il Cucumber Mosaic virus eil Potato Virus Y; b) resistenti a malattie batteriche come il cancro batterico (Pseudomonas syringae); c) resistenti a malattie fungine come l’oidio o mal bianco del pomodoro (Oidium lycopersici), la peronospora (Phytophthora infestans) e la botrite (Botrytis cinerea);d) resistenti alla carenza di acqua, all’eccessivo calore, al freddo e alla salinità; e) con differente contenuto in molecole antiossidanti (es. carotenoidi), vitamine (provitamina A) e aroma; f) con differenti caratteristiche agronomiche (es. architettura della pianta, fioritura, numero e forma dei frutti, assenza di semi nel frutto).

Ha certamente suscitato molto clamore il recente caso del pomodoro arricchito in un aminoacido utile per abbassare la pressione sanguigna, l’acido gamma amino-butirrico (GABA): il pomodoro è stato chiamato “Sicilian Rouge High GABA” ed è già commercializzato in Giappone, la cui legislazione considera le piante prodotte con le TEA al pari di quelle ottenute mediante sistemi convenzionali.  

La ricerca CREA: i progetti BIOTECH-CISGET e SMART-BREED

In questo scenario di grande fermento scientifico rispetto al miglioramento genetico del pomodoro basato sull’utilizzo delle TEA, il CREA si colloca da protagonista. Il progetto  BIOTECH-CISGET (Biotecnologie sostenibili per l’agricoltura italiana – Cisgenesi e genome editing in pomodoro), finanziato dal MASAF e conclusosi con successo a febbraio 2023, ha permesso ai ricercatori di mettere a frutto le conoscenze acquisite sulle TEA per produrre genotipi di pomodoro: a) resistenti all’attacco delle piante parassite; b) resistenti alla salinità (collaborazione CNR-IBBR Portici); c) resistenti alla siccità (collaborazione Università di Milano); d) con un più elevato contenuto di Vitamina C (collaborazione Università di Napoli Federico II, Dipartimento di Agraria) e con la capacità di produrre provitamina D nei frutti (collaborazione con John Innes Centre Norwich – Regno Unito e CNR-ISPA Sede di Lecce); e) con alterata maturazione; f) con più elevato contenuto zuccherino nei frutti; g) con migliore efficienza di utilizzo della luce (collaborazione Università di Verona – Dipartimento di Biotecnologie).

Fig. 1 – Schema della via biosintetica che, modificata tramite le TEA, porta all’accumulo di provitamina D3 (7-DHC) nei frutti di pomodoro. Foto di Fabio D’Orso (CREA-GB) 

In particolare, presso il CREA Orticoltura e Florovivaismo (CREA-OF), sono stati prodotti genotipi di pomodoro resistenti all’attacco delle piante parassite, un problema in grande aumento nell’area Mediterranea ed in forte diffusione in Europa. Le modifiche genetiche ottenute tramite le TEA hanno riguardato i geni coinvolti nella biosintesi e nel rilascio, da parte delle radici delle piante, di specifiche sostanze chimiche chiamate strigolattoni che inducono la germinazione dei semi delle piante parassite nel terreno. Il prossimo passo sarà quello di testare queste piante come portainnesti in specie di pomodoro di interesse commerciale.

Fig. 2 – Radici di pomodoro infettate con semi della pianta parassita orobanche. La formazione dei tubercoli dovuti all’infezione (cerchi verdi) nella pianta non editata è più elevata rispetto alla pianta editata con le TEA. Foto di Alessandro Nicolia (CREA-OF) 

Sempre presso il CREA-OF sono stati prodotti genotipi a più alto contenuto zuccherino o grado brix (°Brix). L’ottenimento di varietà di pomodoro, destinate al mercato fresco e all’industria, aventi un elevato °Brix, rappresenta un obiettivo fondamentale sia dal punto di vista economico – in quanto aumenta il valore commerciale del prodotto – sia qualitativo, in quanto un elevato °Brix è anche espressione di un alto contenuto in sostanze aromatiche, una migliore quantità di vitamine e una maggiore shelf-life del prodotto. Con le TEA, in questo caso, è stata introdotta una mutazione che determina l’aumento di glucosio e fruttosio (°Brix) nei frutti. La disponibilità di piante di pomodoro aventi un alto °Brix, rappresenta un importante punto di partenza per attività future finalizzate al miglioramento della qualità legata al metabolismo degli zuccheri e alla valorizzazione del germoplasma del pomodoro.

Fig. 3 – Ottenimento dei pomodori a più alto °Brix tramite le TEA, dalla rigenerazione in vitro alla raccolta del prodotto. Foto di Sara Sestili (CREA-OF) 

Presso il CREA Genomica e Bioinformatica (CREA-GB), invece, la ricerca si è, invece concentrata maggiormente sugli aspetti qualitativi, anche grazie al contributo del progetto SMART-BREED (Tecnologie molecolari innovative per l’adattamento delle specie ortive al cambiamento climatico mediante breeding di precisione), finanziato dalla Regione Lazio (POR FESR Lazio 2014-2020).

Le attività di ricerca sono focalizzate sullo studio di geni coinvolti nella biosintesi di un importante ormone, l’etilene, che regola la maturazione della bacca di pomodoro, un processo normalmente molto veloce che porta il frutto ad un rapido ammorbidimento della polpa (softening) con conseguente deperimento della bacca e aumentata suscettibilità a microrganismi saprofiti. Attraverso l’utilizzo delle TEA, si sta tentando di diminuire i livelli endogeni di questo ormone al fine di rallentare, ma non di bloccare il processo di maturazione. Questa modifica consentirà in futuro di aumentare la conservabilità dei frutti raccolti.

Sempre presso il CREA- GB, nell’ambito di collaborazioni internazionali, si sta lavorando allo studio di importanti vie metaboliche che portano alla produzione di molecole con proprietà salutistiche, come acido clorogenico, flavonoidi e alcaloidi stereoidei. In particolare, in questo ambito è stata generata una linea di pomodoro in grado di far fronte alla carenza di vitamina D, una novità assoluta dal punto di vista nutrizionale e biotecnologico. Lo studio, pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Nature Plants, dimostra come sia stato possibile, mediante le TEA, modificare in modo estremamente preciso il gene di pomodoro coinvolto nella biosintesi della provitamina D3 ovvero il precursore della Vitamina D assumibile con la dieta. In questo modo con una porzione da 200 g di pomodori così biofortificati si apporterebbero 2,4 microgrammi di vitamina D3, una valida fonte di questo importante nutriente, al pari delle uova o della carne.

#CREABREAK per #innovazione2020: il #miglioramentogenetico di #OrticolturaFlorovivaismo
Fabio D’Orso
Ricercatore CREA Centro di ricerca Genomica e Bioinformatica

Attraverso metodiche di Genome Editing in pianta, si occupa dello studio del metabolismo secondario e della capacità di risposta a stress ambientali.

#lafrase Cerca di dare un senso a ciò che vedi e domandati sempre per quale motivo tutto esiste. Sii sempre curioso (Stephen Hawking)

Alessandro Nicolia
Ricercatore CREA Centro di ricerca Orticoltura e Florovivaismo

L’attività di ricerca è da sempre stata focalizzata sull’utilizzo delle tecniche di ingegneria genetica nelle specie agrarie, ed in particolar modo, dal 2012 in poi, sul genome editing in pomodoro e altre Solanaceae.

#lafrase Utilizzare le biotecnologie nel miglioramento genetico delle piante è naturale tanto quanto lo è respirare per noi esseri umani

Sara Sestili
Primo Ricercatore CREA Centro di Ricerca Orticoltura e Florovivaismo

La sua attività di ricerca è da sempre finalizzata al miglioramento genetico delle piante orticole attraverso approcci classici e biotecnologici. Responsabile della Banca del Germoplasma della Regione Marche istituita presso il CREA- Orticoltura e Florovivaismo di Monsampolo del Tronto.

#lafrase Sperimentare comunque è mestiere di tutti, sperimentare a dovere è stato e sarà sempre mestiere per pochi (Lazzaro Spallanzani)

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