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lunedì, 26 Febbraio 2024

Kiwi: la difesa prima di tutto

Della stessa Rubrica

Scopriamo, attraverso il lavoro dei ricercatori CREA Olivicoltura, Frutticoltura e Agrumicoltura e Genomica e Bioinformatica il contributo che le Tecniche di Evoluzione Assistita (TEA) possono svolgere per difendere il kiwi, costantemente minacciato dal cosiddetto “cancro”.

Non tutti sanno che…

L’actinidia è una pianta perenne, arborea ed arbustiva, rampicante, appartenente alla famiglia delle Actinidiaceae, che produce come frutto il kiwi. L’actinidia è una pianta dioica, esistono cioè piante maschili, con fiori che producono molto polline, ben distinte da quelle femminili nelle quali il fiore ha ovuli fertili e polline sterile. Per produrre il frutto è quindi necessario procedere all’impollinazione, sia manualmente sia mettendo a dimora alberi staminiferi. Il kiwi è un frutto molto gradito per il sapore della sua polpa e per le sue proprietà nutrizionali, viene consumato fresco ed oggi anche utilizzato per produrre bevande, dolci e marmellate. La domesticazione del kiwi è iniziata all’inizio del XX secolo e le cultivar disponibili delle due specie commercialmente più importanti Actinidia deliciosa, kiwi verde e A. chinensis, kiwi giallo, sono il risultato di programmi di miglioramento genetico più recenti, rispetto ad altre specie da frutto.

Il cancro del kiwi

L’actinidia è stata praticamente esente da malattie fino al 2008, quando è apparso il cancro batterico del kiwi causato dal batterio gram-negativo Pseudomonas syringae pv. actinidiae (Psa). La Psa è un’importante malattia del kiwi, di difficile controllo al punto che le piante affette devono essere estirpate. Ha causato enormi perdite economiche ai maggiori produttori mondiali di kiwi: Cina, Italia e Nuova Zelanda. Si presenta con macchie fogliari, imbrunimento e caduta dei fiori, disseccamento dei germogli, fino alla morte delle piante, con conseguente perdita del frutteto nell’arco di 2-3 anni

Figura 1 Sintomi del cancro batterico su actinidia: essudati sul tronco (A) ed a carico della corteccia e del legno (B); Tacche necrotiche fogliari di forma irregolare circondate da alone giallo (C); essudato batterico ossidato e lattiginoso (D, E rispettivamente); piante estirpate a seguito della diffusione di Psa nel frutteto (F). 

Il batterio può sopravvivere senza manifestarsi per lunghi periodi nella pianta, la cui invasione avviene attraverso le lesioni e gli stomi aperti, che rappresentano un importante punto di ingresso. La risposta della pianta all’attacco del patogeno è “boicottata” dal batterio stesso, che riduce la capacità di difesa della pianta. Attualmente, il controllo della malattia si basa sull’applicazione di un trattamento preventivo a base di rame, associato ad un analogo con acido salicilico, avente la peculiarità di attivare le difese naturali della pianta. L’attuazione di programmi di miglioramento genetico tradizionale per l’introduzione della resistenza a Psa è resa difficile sia dalle limitate conoscenze delle sue basi genetiche sia dall’assenza di cultivar resistenti. Gli approcci biotecnologici risultano, quindi, utili per superare questi limiti, intervenendo su geni chiave dell’interazione pianta-Psa.

La ricerca del CREA

In particolare, il “genome editing”, mediante tecnologia CRISPR/Cas9, offre la possibilità di modificare in maniera mirata e precisa il genoma della pianta e di indirizzarne la risposta attraverso la modulazione dei suoi stessi geni.

Grazie al progetto BioSOSFru, infatti, è stato possibile approfondire lo studio della funzione di un gene appartenente alla importante famiglia dei fattori di trascrizione AP2/ERF, implicato nella risposta a stress biotici e, in particolare, alla suscettibilità alla malattia.

Su questo gene si sono focalizzati gli esperimenti per l’editing del genoma di A. chinensis var. chinensis utilizzando l’approccio basato su vettori CRISPR/Cas9. I vettori sono stati inseriti nel batterio Agrobacterium Tumefaciens, con il quale si sono potute infettare porzioni di foglie di piante di actinidia cresciute in vitro.

Figura 2 Rigenerazione di germogli avventizi da espianti fogliari di A. chinensis (A); rigenerazione degli espianti su terreno selettivo dopo infezione con A. tumefaciens che porta il vettore per il genome-editing (B); plantule rigenerate di 12 settimane ottenute dai germogli avventizi, in attiva crescita su terreno selettivo (C). 

I germogli rigenerati ottenuti sono mantenuti in vitro in laboratorio, in camera di coltura, su apposito terreno selettivo, sulle quali sono state condotte approfondite indagini molecolari per determinare le variazioni geniche introdotte.

Sono state riscontrate due tipologie di mutazioni a livello del gene oggetto di studio, che ne determinano la perdita di funzione ed il suo spegnimento. Attualmente sono in corso anche le analisi fenotipiche per valutare come il silenziamento mirato di tale  gene influisca sulla diminuzione della suscettibilità della pianta alla malattia. Questo studio rappresenta un passo verso la conferma che l’editing del genoma con CRISPR/Cas9 possa essere uno strumento utile per accelerare lo sviluppo di nuove varietà dei fruttiferi.

Vania Michelotti
CREA Centro Genomica e Bioinformatica

Ha conseguito la Laurea in Biologia ed il Dottorato di Ricerca in Biotecnologie Molecolari presso l’Università di Pisa occupandosi dello studio di espressione di geni coinvolti nell’architettura delle piante. Da molti anni lavora presso il CREA centro di Genomica e Bioinformatica di Fiorenzuola d’Arda dove è ricercatore dal 2020. Dal 2014 si occupa di interazioni pianta-patogeno con particolare riferimento al sistema Actinidia-Psa.

#lafrase Non temete i momenti difficili, il meglio viene da lì. (Rita Levi Montalcini) 

Emilia Caboni
Primo ricercatore, CREA Centro Olivicoltura, Frutticoltura e Agrumicoltura

Dal 1990 ricercatore presso l’ISF di Roma (ora CREA-OFA) – dal 2007 primo ricercatore. Laurea in Scienze Agrarie e Specializzazione (biennale) in “Biotecnologie Vegetali” (UniPI). È responsabile del “laboratorio di colture in vitro e propagazione” del CREA-OFA di Roma. Effettua studi sulle colture in vitro e applicazioni biotecnologiche dei fruttiferi.

#lafrase La gioia nell’osservare e comprendere è il dono più bello della natura (Albert Einstein)

Gianni Tacconi
CREA Centro Genomica e Bioinformatica

Laureato in Scienze Agrarie e dottore di ricerca in Genetica sse ato delle microfiliere energetiche.

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