La carenza di proteine vegetali mette a rischio la sostenibilità dell’agrozootecnia europea, sempre più dipendente dalle importazioni e dalla competizione globale. Per rispondere a questa sfida, il CREA Zootecnia e Acquacoltura (CREA ZA) lavora allo sviluppo di colture proteiche più produttive, resilienti e di qualità, adatte agli ambienti italiani. Dalla genomica avanzata agli approcci agroecologici, la ricerca punta su leguminose strategiche per ridurre l’impatto ambientale, rafforzare la sicurezza alimentare e contrastare il cambiamento climatico. Un’innovazione chiave per il futuro dell’agricoltura europea.
La forte insufficienza di proteine vegetali rende insostenibili i sistemi agrozootecnici europei. Il CREA Zootecnia e Acquacoltura ha la missione di selezionare per gli ambienti italiani delle varietà di colture proteiche caratterizzate da maggiore produzione, resilienza e qualità del prodotto. Lo fa sviluppando approcci innovativi di tipo genomico e agroecologico
Insufficienza proteica e sostenibilità agricola
L’UE importa oltre il 70% delle materie prime ad alto tenore proteico necessarie per l’alimentazione animale, in un contesto di crescente competizione globale, dovuta alle crescenti necessità di Cina e altri Paesi. Una maggiore coltivazione di leguminose, specie con elevato tenore proteico e capaci di fissare l’azoto dall’atmosfera, è indispensabile per garantire la sicurezza dei sistemi agrozootecnici europei. Inoltre, è un fattore chiave per avere sistemi colturali più resilienti, cibi più sani e rotazioni colturali meno inquinanti, nonché per mitigare il cambiamento climatico attraverso una riduzione dell’emissione di gas a effetto serra, dell’energia consumata e del tasso di deforestazione in Sudamerica causato dalla produzione di soia, che poi importiamo come mangime (Figura 1).
Le specie oggetto di miglioramento genetico
Il CREA Zootecnia e Acquacoltura ha la missione di selezionare varietà di colture proteiche e foraggere per gli ambienti italiani. Questo lavoro, svolto a Lodi, si incentra principalmente sull’ erba medica e poi su cinque leguminose da granella, cioè pisello, soia, lupino bianco, favino e fagiolo dall’occhio, in una prospettiva che non trascura le opportunità di uso anche per l’alimentazione umana.
L’obiettivo delle attività è duplice: da un lato, produrre conoscenze scientifiche che permettano di sviluppare varietà più produttive, resilienti e con migliori caratteristiche qualitative; dall’altro, selezionare varietà con queste caratteristiche (poi date in concessione a ditte sementiere).
Il contributo della genomica
I principali caratteri agronomici hanno un controllo genetico complesso che interessa molte frazioni di DNA contenute nel genoma. Questo è vero non solo per la produzione, ma anche per molti caratteri di qualità e di resistenza a stress climatici o malattie. L’unico modo di affrontare questa complessità è lo sviluppo di modelli di previsione genomica, che stimano il valore genetico di un individuo sulla base dell’associazione di un numero elevato di marcatori molecolari (porzioni del DNA) con un dato carattere di interesse. Questi modelli possono essere utilizzati per selezionare varietà oppure per individuare materiali utili per il miglioramento genetico nell’ambito di ampie collezioni di germoplasma. L’utilizzo di questi modelli è diventato economicamente attraente dopo lo sviluppo di nuove tecniche di analisi del DNA, che rendono disponibili varie migliaia di marcatori per ogni individuo ad un costo che è spesso molto inferiore a quello di una valutazione in condizioni di campo.
Il CREA Zootecnia e Acquacoltura ha assunto un ruolo pionieristico nello sviluppo di questi modelli, pubblicando i primi lavori internazionali per la predizione della produzione di erba medica (2015), pisello (2016) e lupino bianco (2018), insieme ad altri lavori relativi a caratteri di qualità e alla resistenza a stress abiotici e biotici. Nostri studi molto recenti su pisello ed erba medica dimostrano la maggiore efficienza della selezione genomica rispetto a quella tradizionale. La selezione genomica è accettata anche per selezionare varietà per l’agricoltura biologica.
Gli approcci agroecologici
Il CREA Zootecnia e Acquacoltura ha una lunga esperienza nello sviluppo di approcci agroecologici per il miglioramento genetico delle piante. Un primo ambito di ricerca è stato lo studio dell’adattamento delle piante per massimizzare la resa delle colture attraverso la selezione di varietà adatte a specifici ambienti di coltivazione. Questo è stato realizzato con l’uso di analisi statistiche innovative per modellizzare le risposte adattative e la messa a punto di ambienti artificiali capaci di riprodurre le risposte adattative osservate in ambienti agricoli reali. Questi ambienti artificiali possono comprendere livelli diversi di stress idrico, diversi tipi di suolo e la possibilità di simulare diversi livelli di freddo (Figura 2).
Sono importanti anche perché la crescente imprevedibilità climatica complica la selezione in condizioni di campo per stress come la siccità o le basse temperature invernali. Studi complementari hanno esplorato i caratteri della pianta che favoriscono la resistenza a stress specifici.
Un secondo importante ambito di studio è il miglioramento genetico per la condizione di consociazione (in cui due o più specie diverse sono coltivate insieme sullo stesso appezzamento). C’è un interesse crescente a livello europeo per questa tecnica, data la sua capacità di aumentare le rese e la stabilità produttiva delle colture consociate, rispetto alla coltivazione separata grazie a fenomeni biologici di complementazione. Abbiamo studiato il miglioramento genetico per la consociazione dapprima in una specie foraggera come il trifoglio bianco (Figura 3) e attualmente in pisello e lupino (consociati con cereali autunno-vernini) e in soia (consociata con cereali estivi).
Un aspetto cruciale riguarda l’incremento della capacità di competere, caratteristica per la quale le leguminose sono spesso poco dotate rispetto alle specie consociate.
L’agricoltura moderna si basa sulla coltivazione di varietà geneticamente uniformi (linee pure). Varietà geneticamente eterogenee potrebbero fornire produzioni più stabili in ambienti caratterizzati da elevata instabilità climatica, come quelli verso i quali ci avviamo col cambiamento climatico. Abbiamo verificato per la prima volta a livello internazionale questa ipotesi su una leguminosa, utilizzando il pisello come specie modello.
Popolazioni evolutive (che si evolvono a partire da materiale geneticamente molto variabile prodotto da diversi incroci) sviluppate per diverse aree geografiche (Nord Italia; Centro Italia; Nord Africa) hanno mostrato una elevata stabilità produttiva e adattabilità a fronte di una modesta perdita di resa rispetto alle migliori linee pure prodotte da selezione convenzionale o genomica.
La commercializzazione di varietà eterogenee per ora è ammessa per l’agricoltura biologica (come Materiale Eterogeneo Biologico).
Il gruppo di lavoro di miglioramento genetico su colture proteiche e foraggere comprende, da in alto a sinistra fino a in basso a destra nella foto: Angelo Passerini, Patrizia Gaudenzi, Paolo Annicchiarico, Paolo Broglia, Barbara Ferrari, Catia Negri, Nicolò Franguelli, Renata Guatteri, Margherita Crosta, Valentina Masserani, Tommaso Notario, Daniele Cavalli, Nelson Nazzicari, Luciano Pecetti.
Negli ultimi dieci anni, le attività di ricerca sono state finanziate da tredici progetti internazionali: BELIS, IPMORAMA, DIVINFOOD, INTERCROPVALUES, LIVESEEDING, CAMA, DIVERSILIENCE, INVITE, REFORMA, LIVESEED, REMIX, COBRA e LEGATO. A questi si sono aggiunti i progetti nazionali DIVERSI-BIO, GENLEG, AGRITECH, AGRI HUB e RGV-Trattato FAO.
Luciano Pecetti, Daniele Cavalli, Nelson Nazzicari
Dirigente di Ricerca , CREA-ZA sede di Lodi, LO
