DAL GENOMA UN NUOVO FRUMENTO

L’intervento tenuto il 18 marzo da Luigi Cattivelli del CREA Genomica e Bioinformatica all’Accademia dei Georgofili, dedicato al tema “Caratterizzare la biodiversità per promuovere il miglioramento genetico del frumento”, ha messo in evidenza un punto destinato a pesare sempre di più sul futuro della cerealicoltura: non basta possedere biodiversità, bisogna anche disporre degli strumenti per leggerla, interpretarla e trasferirla rapidamente nel miglioramento genetico.

È qui che entrano in gioco le risorse genomiche, il sequenziamento, i database pubblici, il pangenoma e, soprattutto, le nuove tecniche di genome editing, che promettono di ridurre ulteriormente il tempo che separa la scoperta scientifica dalla varietà disponibile in campo. Per gli agricoltori il risultato atteso è molto concreto: materiali più competitivi, più resilienti, più efficienti e capaci di migliorare la redditività riducendo, allo stesso tempo, gli impatti ambientali.

Il frumento duro non può restare indietro

Uno dei messaggi più netti emersi dall’intervento è che il frumento duro, per anni, ha rischiato di restare indietro rispetto al tenero sul piano delle risorse scientifiche. Il frumento tenero ha, infatti, beneficiato di maggiori investimenti, di una visione di più lungo respiro e di strumenti genomici disponibili prima e in modo più ampio. Negli ultimi vent’anni, invece, il lavoro portato avanti da Cattivelli e da altri gruppi di ricerca italiani e internazionali ha puntato proprio a colmare questo divario, costruendo per il duro una dotazione di risorse genetiche e genomiche di livello crescente.

Questo non è un passaggio secondario. Senza queste basi, il breeding resta più lento, meno preciso e più costoso. Così, invece, diventa possibile individuare con maggiore rapidità i geni o i loci di interesse e orientare la selezione verso obiettivi molto concreti: adattamento climatico, resistenza alle malattie, qualità della granella, efficienza d’uso delle risorse e stabilità delle produzioni.

Il genoma di Svevo e l’atlante dell’espressione

Un passaggio fondamentale è stato il sequenziamento del genoma di Svevo, pubblicato nel 2019. Si tratta di un risultato molto importante, considerando la complessità intrinseca del frumento duro: 28 cromosomi e una dimensione genomica di circa 11 Gb. Successivamente il genoma è stato aggiornato con una versione migliorata, la Svevo v2, oggi disponibile pubblicamente su GrainGenes.

Ma la semplice sequenza del DNA, da sola, non basta. Il vero salto di qualità arriva quando a quella sequenza si aggiungono livelli successivi di informazione. Il primo è la annotazione dei geni, cioè l’identificazione dei loro confini e organizzazione. Cattivelli ha ricordato che nel frumento duro si contano circa 68 mila geni che codificano per oltre 144 mila trascritti, in un genoma dominato per l’84% da sequenze ripetute.

Su questa base è stato costruito anche un atlante di espressione, cioè uno strumento che consente di vedere dove e quando un determinato gene si esprime: radice, foglie, altri organi, anche in risposta a stimoli o stress come il caldo. Per il mondo della ricerca e del breeding significa poter passare da una sequenza astratta a una lettura funzionale del genoma.

Tradotto per il settore produttivo, il vantaggio è rilevante: si accorciano i tempi per capire quali geni sono davvero coinvolti in un carattere di interesse e, quindi, per trasformare l’informazione genetica in selezione utile.

QTL, hotspot e selezione più precisa

Un altro tassello richiamato durante la relazione riguarda i QTL, cioè i loci che controllano caratteri quantitativi, quelli più complessi da comprendere e controllare. Attraverso una vasta analisi della letteratura, il gruppo di ricerca ha raccolto e proiettato sul genoma oltre 6.000 loci, creando una mappa di hotspot collegati ai principali fenotipi del frumento duro: dalla fioritura alle resistenze alle malattie, fino a numerosi caratteri agronomici.

Anche questo è un passaggio con ricadute dirette sul miglioramento genetico. Molti dei caratteri che interessano agli agricoltori non dipendono, infatti, da un solo gene, ma da una costellazione di fattori genetici. Pensiamo alla tolleranza agli stress, alla stabilità produttiva, all’adattamento a diversi ambienti pedoclimatici. Mappare questi elementi consente di rendere la selezione più informata e più efficiente, riducendo gli errori e aumentando la probabilità di portare in campo varietà realmente utili.

Dal genoma di riferimento al pangenoma

A un certo punto, però, è emerso un limite: una sola sequenza di riferimento non basta a descrivere tutta la ricchezza del pool genico del frumento duro. Da qui l’esigenza di passare al concetto di pangenoma, cioè una descrizione più ampia e inclusiva dell’intera diversità genetica della specie.

Per costruirlo, il gruppo di ricerca ha lavorato su una collezione di circa 3.000 accessioni, realizzando un’analisi genetica globale del germoplasma. È un passaggio decisivo, perché consente di allargare l’orizzonte oltre la singola varietà modello e di intercettare geni o varianti che potrebbero essere assenti nel riferimento ma utili sul piano agronomico.

Per i cerealicoltori il significato è chiaro: più ampia è la conoscenza del patrimonio genetico disponibile, maggiore è la possibilità di ottenere varietà costruite per le esigenze reali dei territori e delle nuove condizioni climatiche. Non è soltanto ricerca di base: è la premessa per avere un miglioramento genetico più robusto, meno casuale e più capace di generare innovazione concreta.

Il Global Durum Panel come acceleratore mondiale

Tra le risorse più operative citate da Cattivelli c’è il Global Durum Panel, una collezione di circa 1.000 accessioni che rappresenta i materiali genetici utilizzati nei programmi di breeding di tutto il mondo. Il valore di questo strumento è soprattutto collaborativo: se un breeder identifica un gene o un carattere interessante su questo panel, anche gli altri possono lavorare sugli stessi materiali.

Il CREA ha distribuito oltre 40 copie di questo germoplasma, chiedendo ai diversi gruppi di coltivarlo in campo e raccogliere dati fenotipici e di adattamento, come l’epoca di fioritura o la risposta a specifiche malattie. Questo ha già prodotto diversi lavori scientifici ed è diventato un riferimento internazionale.

Dal punto di vista agricolo, è un meccanismo che accelera la selezione globale. Più dati vengono raccolti in ambienti diversi, più rapidamente si individuano le combinazioni genetiche migliori. E più in fretta queste conoscenze possono essere trasformate in nuove varietà adatte a condizioni reali di coltivazione.

Genome editing: meno tempo tra ricerca e campo

Un punto strategico, per guardare avanti, riguarda però il genome editing. Se la disponibilità di risorse genetiche e genomiche consente di identificare con precisione i caratteri utili, le nuove tecniche di editing permettono di ridurre sempre di più il tempo necessario per passare dalla ricerca al campo.

Questo aspetto è cruciale. Il miglioramento genetico convenzionale resta fondamentale, ma richiede tempi lunghi, soprattutto quando bisogna combinare più caratteri complessi. Le tecniche più recenti offrono invece la possibilità di intervenire in modo mirato, correggendo o modulando specifici geni già identificati grazie al lavoro su collezioni, genomi di riferimento, atlanti di espressione e pangenomi.

Per gli agricoltori, questo significa una prospettiva molto concreta: avere a disposizione più rapidamente materiali capaci di rispondere agli stress climatici, utilizzare meglio acqua e nutrienti, ridurre il ricorso agli input e mantenere rese competitive. In una fase in cui la cerealicoltura deve coniugare redditività, qualità e sostenibilità, la velocità del trasferimento tecnologico diventa un fattore decisivo.

Una genetica che serve all’azienda agricola

L’intervento di Cattivelli ai Georgofili ha mostrato come la genomica non sia un mondo separato dall’agricoltura, ma una leva destinata a incidere sempre più sulle decisioni varietali e, in prospettiva, sui conti aziendali. Più precisione nella conoscenza genetica significa più precisione nella selezione; più precisione nella selezione significa varietà più affidabili, più performanti e meno costose da gestire.

La direzione è ormai chiara: mettere la biodiversità nelle condizioni di esprimere il suo valore, integrandola con strumenti genomici sempre più avanzati e con tecniche che velocizzano la traduzione della ricerca in innovazione. È così che il lavoro del CREA e delle reti internazionali potrà generare un vantaggio reale per i cerealicoltori: più resa dove possibile, più stabilità dove necessario, meno vulnerabilità agli stress e maggiore sostenibilità economica e ambientale dell’intera filiera.

Autore: Paolo Viana

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