Roma – Uno studio collaborativo durato dieci anni ha scoperto un enorme potenziale genetico non sfruttato nelle moderne varietà di grano. Lo studio internazionale pubblicato su Nature rivela che almeno il 60% della diversità genetica presente in una collezione storica di grano è inutilizzata, offrendo un’opportunità senza precedenti per migliorare il grano moderno e nutrire in modo sostenibile una popolazione globale in crescita.
Per fare questa scoperta, una collaborazione interistituzionale guidata dal dottor Simon Griffiths, presso il John Innes Center e dal professor Shifeng Cheng presso l’Agricultural Genomics Institute di Shenzhen, Accademia cinese delle scienze agricole (CAAS), ha studiato la AE Watkins Landrace Collection , una raccolta storica di varietà locali di grano non più coltivate in nessuna parte del mondo e confrontandole con i grani moderni.
Il risultato è il risultato di uno sforzo congiunto del consorzio, afferma il professor Cheng: “Abbiamo creato un consorzio collaborativo e complementare con totale apertura, rendendo le risorse in set di dati germinali, genomici e fenotipici, disponibili al pubblico attraverso il portale Watkins Worldwide Wheat Genomics to Breeding ( https /wwwg2b.com/ ). Il nostro impegno ha facilitato e accelerato molti progetti esistenti sia nella ricerca fondamentale che nelle pratiche di allevamento”.
Uno dei fattori chiave che contribuisce al successo è la fenotipizzazione approfondita, che copre le stazioni sperimentali del Regno Unito (tre località) e la valutazione sul campo (cinque località) dalla Cina settentrionale a quella meridionale. In totale, in questo studio sono stati esaminati 137 tratti. Questo lavoro è stato particolarmente sostenuto da Rothamsted Research, che ha lavorato come centro di fenotipizzazione per approfondire la comprensione delle qualità e delle caratteristiche del grano, per collegare il raccolto alla sequenza genetica.
Il team ha costruito una mappa della variazione genomica del grano, una mappa di associazione aplotipo-fenotipo. Il confronto tra varietà autoctone e cultivar ha rivelato che le varietà di grano moderne utilizzano solo il 40% della diversità genetica presente nella Collezione Watkins.
La restante diversità rappresenta una miniera d’oro potenzialmente in grado di migliorare il grano moderno, afferma il dottor Griffiths, leader del gruppo presso il John Innes Centre e autore dell’articolo: “Questo 60% mancante scoperto in questo studio è pieno di geni benefici di cui abbiamo bisogno per nutrire le persone in modo sostenibile. Negli ultimi diecimila anni abbiamo avuto la tendenza a selezionare tratti che aumentassero la resa e migliorassero la resistenza alle malattie”.
“Abbiamo scoperto che le varietà autoctone Watkins sono ricche di variazioni utili che sono semplicemente assenti nel grano moderno, ed è imperativo implementarle nella selezione moderna. La cosa interessante è che i geni e i tratti vengono già scoperti utilizzando i dati e gli strumenti sviluppati negli ultimi dieci anni”.
La collezione autoctona di grano tenero AE Watkins (collezione Watkins), raccolta negli anni ’20 e ’30 da 32 paesi, rappresenta la raccolta più completa di grano storico in qualsiasi parte del mondo.
La collezione fornisce un’istantanea della diversità del grano coltivato prima dell’avvento della selezione vegetale moderna e sistematica e mostra come la variazione genetica sia dispersa in ammassi, o gruppi ancestrali, in tutto il mondo. “Possiamo rintracciare la diversità nuova, funzionale e benefica che è andata perduta nei grani moderni dopo la ‘Rivoluzione Verde’ del 20 ° secolo, e avere l’opportunità di inserirli nuovamente nelle élite dei programmi di selezione”, afferma il professor Cheng.
L’analisi genomica e bioinformatica completata dai ricercatori dell’Istituto di genomica agricola di Shenzhen ha permesso al consorzio di vedere da dove proveniva il grano moderno. Hanno scoperto che, a livello globale, le varietà di grano provengono dall’Europa centrale e occidentale, e solo due dei sette gruppi ancestrali della collezione Watkins vengono utilizzati nella moderna selezione delle piante.
Utilizzando tre approcci genetici associativi complementari (mappatura QTL, GWAS e NAM GWAS), il team ha scoperto centinaia di aplotipi unici Watkins che possono conferire tratti superiori nei frumenti moderni, consentendo agli allevatori di sapere quali accessioni portano quali loci genetici o alleli utili nella loro selezione. programmi.
I tratti chiave già riscontrati in questa diversità non sfruttata includono l’efficienza nell’uso dell’azoto, la resistenza alle lumache e la resilienza a parassiti e malattie.
Il dottor Griffiths aggiunge: “Ci sono geni che permetteranno ai coltivatori di piante di aumentare l’efficienza dell’uso dell’azoto nel grano, se riusciamo a inserirli nelle varietà moderne che gli agricoltori possono coltivare, dovranno applicare meno fertilizzanti, risparmiando denaro e riducendo le emissioni. ”
L’uso dei fertilizzanti in agricoltura è costoso e contribuisce alle emissioni di gas serra, ridurne l’uso potrebbe aiutare l’agricoltura a muoversi verso lo zero netto. Migliorare l’efficienza nell’uso dell’azoto nelle colture e ridurre l’impronta di azoto dell’agricoltura è attualmente una grande sfida a livello globale, soprattutto per paesi come la Cina.
Per realizzare questa impresa di ricerca senza precedenti, il team ha sviluppato un insieme di 119 varietà autoctone che rappresentavano l’ampiezza della variazione genetica all’interno della collezione Watkins. Questo insieme di diversità è stato poi incrociato e successivamente incrociato nel grano moderno per creare una raccolta di 12.000 linee di grano che ora sono conservate nella Germplasm Resource Unit presso il John Innes Centre.
Ciò significa che per la prima volta in 100 anni questi tratti perduti sono stati incorporati nel grano moderno e che i dati e gli strumenti vengono già utilizzati per migliorare i raccolti.
Questa ricerca stabilisce un quadro per la progettazione dell’intero genoma del grano prima della selezione, collegando la genomica alla fenomica e alla pratica di selezione. “Abbiamo implementato una strategia di pre-allevamento per decodificare, scoprire, progettare e garantire progressi nell’allevamento”, afferma il dott. Griffiths. “In effetti, la rivoluzione della genomica sta portando alla rivoluzione genetica e alla rivoluzione della selezione”, afferma Shifeng Cheng. Questo studio è stato davvero uno sforzo collaborativo a lungo termine e non avrebbe potuto essere completato senza la cooperazione internazionale e i finanziamenti a lungo termine.
In collaborazione con i coltivatori di piante commerciali del Regno Unito, il team ha creato il kit di strumenti per coltivatori disponibile gratuitamente , un insieme di risorse online open source e accessibili a livello globale da chiunque. Il toolkit fornisce una serie integrata di strumenti per le comunità di ricerca e di selezione che consentono ad altri di accedere e utilizzare una diversità nuova e benefica per fornire grano sostenibile e resiliente ora e in futuro. Questi germoplasmi, le risorse e gli strumenti sviluppati in questo studio, sono ancora oggetto di ulteriori indagini in varie stazioni sperimentali in Cina. Possiamo aspettarci che questi sforzi contribuiranno in modo significativo al miglioramento genetico e alla selezione del grano in Cina.(30Science.com)
