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mercoledì, 27 Ottobre 2021

Il progetto CITRUS mette in campo le biotecnologie sostenibili per migliorare la qualità dei frutti di agrumi

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Il miglioramento genetico risulta indispensabile per mantenere redditizio il comparto produttivo, ma anche per soddisfare le richieste dei consumatori. L’utilizzo delle biotecnologie sostenibili, Tecnologie di Evoluzione Assistita (TEA), sono in grado di accelerare i programmi di miglioramento genetico con un notevole risparmio di risorse.

L’Italia è uno dei Paesi produttori di agrumi più importanti d’Europa. Il miglioramento genetico riveste un ruolo strategico per il rilascio di nuove varietà ed è pertanto indispensabile per mantenere redditizio il comparto produttivo e per soddisfare le richieste del consumatore, ma richiede tempi lunghi e onerosi investimenti. L’utilizzo delle nuove biotecnologie sostenibili (New breeding techniques NBT, di recente ribattezzate dalla Società Italiana di Genetica Agraria con il nome di Tecnologie di Evoluzione Assistita TEA), consente di accelerare in maniera mirata i programmi di miglioramento genetico, con un notevole risparmio di risorse.

L’importanza degli agrumi per la salute umana è ormai nota. I consumatori, sempre più esigenti, richiedono un frutto che, oltre a rispettare i classici parametri di qualità (pezzatura del frutto, contenuto in zuccheri e acidità, resa in succo), sia anche sano, ricco in sostanze antiossidanti (antocianine, vitamina C, licopene, polifenoli), facile da sbucciare e preferibilmente senza semi.

Il progetto CITRUS si colloca in questo ambito ed è incentrato sul miglioramento di due tratti qualitativi del frutto, avanzando scommesse molto ambiziose, che derivano da un’attenta analisi delle esigenze di mercato e dei consumatori.

Il primo, è finalizzato al miglioramento delle proprietà nutrizionali dei frutti, ha come obiettivo quello di ottenere agrumi arricchiti in composti antiossidanti, attraverso la coniugazione di antocianine (pigmenti di colore rosso-porpora che caratterizzano le tipiche arance di Sicilia IGP) e licopene (responsabile della colorazione rosa distintiva, ad esempio, della polpa del pompelmo ‘Star Ruby’).

Il secondo , rivolto a soddisfare i gusti del consumatore, punta ad ottenere varietà di mandarini e mandarino-simili apireni, ovvero senza semi. Questo perché la presenza di semi determina, il più delle volte, lo scadimento della qualità commerciale dei frutti.

TEA e agrumi, una realtà difficile

Il progetto CITRUS è strutturato in due azioni, che ricalcano fondamentalmente gli obiettivi già anticipati e ambisce, al tempo stesso, alla ottimizzazione dei costrutti per cisgenesi e genome editing, alla luce del fatto che, purtroppo, tutt’oggi, non esistono molti esempi di TEA applicate al miglioramento della qualità degli agrumi. Infatti, condizione necessaria per l’utilizzo delle biotecnologie sostenibili è la conoscenza dei geni che, in maniera inequivocabile, controllano un preciso carattere. Sebbene il primo genoma degli agrumi sia stato pubblicato meno di 10 anni fa, l’associazione “gene-funzione” è nota per un numero di caratteri di gran lunga inferiore rispetto ad altre specie agrarie. Questi caratteri si possono (letteralmente) contare sulla punta delle dita di una mano e riguardano la colorazione rossa della polpa delle arance, la mancanza di acidità (volgarmente detta “dolcezza”) del frutto, la suscettibilità al “cancro batterico degli agrumi” e ad Alternaria alternata, la poliembrionia. Oggi, uno dei pochissimi esempi che riporta l’utilizzo di genome editing risale al 2018 e riguarda la produzione di arance resistenti al cancro batterico, a seguito della inattivazione del gene di suscettibilità.

Il secondo ostacolo riguarda la capacità di rigenerare (nel senso di “dare vita a”) una intera pianta a partire da una singola cellula mutata attraverso l’impiego di TEA; la rigenerazione è strettamente dipendente dal genotipo utilizzato e per molte varietà di agrumi non è ancora noto il protocollo che consente di ottenere una nuova pianta.

A questi si aggiunge il fatto che la maggior parte degli agrumi è come se fossero “fratelli”, differenti tra loro per pochissime mutazioni, che, però, ne giustificano l’estrema variabilità.

Questi aspetti rappresentano un limite per l’applicazione delle TEA, il cui focus è migliorare ulteriormente una varietà elitè rendendola, attraverso modifiche mirate, una varietà perfetta.

La sfida di CITRUS, tra qualità nutrizionale e apirenia

CITRUS intende sfruttare al massimo, e in modo versatile, le biotecnologie sostenibili per produrre major citrus fruits e mandarini apireni.

Due strategie per un solo obiettivo: produrre agrumi ancora più salutistici

Nel primo caso si è partiti dalla conoscenza di uno dei geni responsabili della colorazione rossa tipica delle arance di Sicilia IGP (Moro, Tarocco, Sanguinello), note per il loro valore salutistico e molto apprezzate dai consumatori, anche per il loro ampio calendario di maturazione (sono disponibili da Novembre a Maggio). Il panorama varietale agrumicolo disponibile presso la collezione di germoplasma del CREA di Acireale offre un’ampia scelta di genotipi pigmentati che soddisfano le esigenze di CITRUS. A fronte di una vasta disponibilità di arance a polpa rossa, si contrappone una limitata scelta di agrumi a polpa rosa.

La coniugazione dei due composti antiossidanti può essere concretizzata attraverso due approcci. Il gene “Ruby”, corredato dei suoi elementi regolatori (promotore e terminatore), attraverso un approccio di cisgenesi, viene trasferito in una varietà di agrume a polpa rosa. La Fondazione Edmund Mach, forte del suo know-how già noto in vite e melo, supporta il CREA nello sviluppo di costrutti (sequenze di DNA contenenti le informazioni per il trasferimento e l’espressione del gene da inserire) marker-free. Infatti, sebbene lo scorso 29 Aprile 2021 la Commissione Europea si sia aperta alla modifica della normativa che tutt’oggi regolamenta l’utilizzo delle TEA, assimilandole agli Organismi Geneticamente Modificati (e quindi non consentendone la coltivazione in territorio Europeo), la sfida è comunque produrre piante del tutto esenti da tracce genetiche di organismi diversi dalla specie in questione.

Lo stesso obiettivo può essere raggiunto anche attraverso un approccio di editing, che viene adattato sia per “spegnere” un gene (genome editing) sia, a seguito della sostituzione di una base – una sola, apparentemente insignificante, “letterina”, ma tessera fondamentale del gene – (base editing), per modificare la funzione di un gene o disattivarne la proteina. Questo è ciò che si sta attualmente sviluppando presso i laboratori del CREA di Acireale, al fine di “accendere” la produzione e l’accumulo di licopene in varietà di arance contenenti antocianine. [Figura 1]

Figura 1

Editing per produrre mandarini apireni

La presenza di semi nei frutti di mandarino – e di mandarino-simili – deprezza il prodotto e ne limita il consumo. Le specie di mandarino e clementine, auto-incompatibili, se coltivati in zone circondate da altri agrumi tendono a produrre frutti con semi. Il CREA di Acireale, da oltre 40 anni, è impegnato in programmi di incrocio, compresi quelli tra arancio (Tarocco tetraploide 4n) e mandarino (diploide 2n), al fine di produrre ibridi che, proprio per la loro natura triploide, siano sterili e quindi apireni. La triploidia ha però dei difetti, quali la spinescenza e l’entrata in produzione ritardata, entrambi caratteri legati alla maggior vigoria di queste piante. In questo contesto, si colloca il secondo obiettivo di CITRUS che sfrutta l’editing per produrre mandarini e mandarino-simili apireni; l’ideale sarebbe togliere i semi (senza aggiungere caratteri negativi) nella varietà elitè di mandarino tardivo di Ciaculli, tipico per il suo colore giallo-arancio della buccia e il suo aroma unico. Questa attività vede la collaborazione tra il CREA e l’Università di Catania, focalizzata sulla biologia fiorale indirizzata alla scelta e valutazione dei geni che, per via della sterilità e/o auto-incompatibilità, sono responsabili della presenza dei semi. Attualmente, si sta utilizzando un approccio di editing per ridurre la dimensione dei semi, tanto da renderli quasi impercettibili al palato. [Figura 2]

Figura 2

Tra rigenerazione e anticipo della fioritura è una bella sfida

“No rigenerazione, no TEA”: questo è uno dei principali “colli di bottiglia” all’applicazione di tutti gli approcci che necessitano della trasformazione genetica. L’obiettivo, infatti, non è solo perfezionare la varietà elitè, ma è anche riuscire a rigenerarla. Esistono tante varietà di agrumi recalcitranti, non prone alla rigenerazione. Attraverso CITRUS è stato possibile investire anche su questo versante, ottimizzando i protocolli di rigenerazione e trasformazione in varietà di arancio a polpa rossa, di agrumi a polpa rosa e di mandarini vari. La tipologia dell’espianto (porzione di pianta) da trasformare e poi da rigenerare, così come la natura “giovane” (in vitro) o “adulta” (derivante da pianta adulta) dello stesso, sono state ampiamente valutate anche per garantire il mantenimento di tutte le caratteristiche della pianta madre, assicurandone il successo post-trasformazione.

Infine, i caratteri che si intendono migliorare riguardano il frutto; ma per gli agrumi ci vogliono anni prima di entrare in produzione. Quindi, una sfida trasversale agli obiettivi principali riguarda l’integrazione dei costrutti per cisgenesi e genome editing con altri che contengano geni noti per anticipare la fioritura e quindi ridurre la lunga fase giovanile. Questo consente di osservare il risultato della ricerca in un tempo relativamente breve, nonostante si tratti di specie arboree, seppure non ancora sufficiente probabilmente a studiare il fenotipo ottenuto entro i termini del progetto stesso.

Concludendo…

CITRUS mette in primo piano la qualità dei frutti per soddisfare le richieste del consumatore che, in prossimo futuro, potrà gustare agrumi salutistici (più di quanto non lo siano già), facili da sbucciare e apireni, coniugando insieme tradizione e innovazione. Il principio from farm to fork (“dal produttore al consumatore”) si colloca nel pieno rispetto della sostenibilità ambientale di CITRUS che, soprattutto per ciò che concerne l’anticipo della fioritura, e quindi, l’entrata in produzione, riduce fortemente l’impiego di risorse e l’impatto ambientale.

Concetta Licciardello, ricercatrice CREA Olivicoltura Frutticoltura Agrumicoltura sede di Acireale. Responsabile scientifico sottoprogetto CITRUS Biotech.

Si occupa di genomica e trascrittomica degli agrumi, e studia la biodiversità per comprendere i geni responsabili dei principali caratteri di interesse agrario, tra cui la qualità dei frutti e l’interazione pianta-patogeno.

#lafrase
Amo le biotecnologie perché rappresentano il giusto connubio tra tradizione e innovazione, uno sguardo al passato con gli occhi fissi al futuro.

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