Perché oggi il breeding tradizionale non basta più

Il problema non è che il breeding classico non funzioni, ma che da solo fatica a reggere l’urto delle nuove sfide. De Vita lo dice senza giri di parole: il frumento duro parte da una base genetica più ristretta, gli incrementi annuali di resa sono modesti e il cambiamento climatico tende a erodere rapidamente quel poco che il miglioramento varietale riesce a conquistare. Temperature elevate, cicli fenologici più brevi, siccità e maggiore instabilità ambientale riducono lo spazio per incrementi produttivi lineari.

«Fare il salto è complicato e difficile», spiega. E aggiunge che senza investimenti adeguati diventa difficile perfino assicurare continuità nella ricerca. È uno dei nodi strutturali del duro italiano: una filiera che chiede innovazione ma fatica a sostenerne i costi, soprattutto in un mercato sementiero altamente competitivo.

Il ruolo storico del CIMMYT nel duro mondiale

Se c’è un soggetto che ha inciso davvero sul progresso genetico del frumento a livello globale, questo è il CIMMYT. Lo ricorda bene De Vita, quando sottolinea che dal Messico sono arrivate le innovazioni più importanti nel frumento, inclusi i materiali a taglia ridotta che hanno cambiato la cerealicoltura moderna. Quel flusso non appartiene al passato: continua ancora oggi e coinvolge enti pubblici e privati in Europa, Canada, Australia e, naturalmente, Italia.

«Dal Messico sono venute le innovazioni più rilevanti nel frumento», osserva De Vita. E non si tratta solo di un’eredità storica: molte varietà coltivate o usate come genitori nei programmi di breeding in Italia portano ancora, in tutto o in parte, questa impronta genetica. Per questo il CREA ha deciso di rendere più strutturata una collaborazione che già esisteva, portandola “alla luce del sole” con un accordo quadro.

Dall’accordo quadro allo scambio di materiali e metodi

La partnership con il CIMMYT serve a fare massa critica. De Vita è netto: «oggi fare quel salto, da soli, è impossibile». L’accordo si basa sullo scambio di materiali genetici, sulla costruzione di progetti comuni e, soprattutto, sull’applicazione di modelli di selezione genomica. Qui il passaggio è cruciale, perché consente di combinare breeding tradizionale, marcatori molecolari e algoritmi predittivi per la selezione genomica.

In concreto, si usano informazioni basate sul DNA della pianta per selezionare in anticipo, soprattutto nelle prime fasi, quali linee meritino davvero di essere portate avanti. In popolazioni composte da migliaia di linee, poter scartare rapidamente una parte del materiale significa risparmiare tempo, parcelle, lavoro di campo e costi, concentrando gli sforzi su un sottoinsieme più promettente. È una trasformazione profonda del lavoro del breeder, soprattutto per i caratteri complessi come la produttività, governati da centinaia o migliaia di geni.

Selezione genomica: meno tempo perso, più qualità del lavoro

Proprio perché la produttività è un carattere complesso, controllato da un numero elevato di geni e fortemente influenzato dall’ambiente, la selezione genomica diventa uno strumento decisivo. De Vita la descrive come uno strumento prezioso per scremare, nelle prime fasi di selezione, il materiale genetico meno performate. In questo modo il breeder può concentrare l’attenzione su un numero ridotto di linee con maggiore potenziale produttivo e realizzare confronti agronomicamente più impegnativi e costosi.

Questo approccio è particolarmente utile in un frumento duro che deve inseguire contemporaneamente resa, qualità, stabilità e adattamento agli stress ambienti. Ed è proprio qui che la collaborazione con il CIMMYT diventa strategica anche per il mondo produttivo italiano: l’idea è arrivare a fornire alle aziende sementiere materiali già molto avanzati, sui quali, poi, completare il percorso di selezione e valorizzazione commerciale.

TEA4IT: le TEA entrano nel duro italiano

Se la selezione genomica rappresenta oggi l’approccio più efficace per migliorare caratteri complessi come la produttività, per caratteri più semplici – e in particolare per la resistenza alle malattie – le Tecniche di Evoluzione Assistita (TEA) rappresentano attualmente uno degli strumenti più promettenti. È in questa direzione che si inserisce il progetto TEA4IT, finanziato dal MASAF con 9 milioni di euro e sviluppato in collaborazione tra CREA, università ed enti privati, articolato in diversi ambiti di intervento, tra cui quello cerealicolo coordinato da De Vita. L’obiettivo è portare in campo, a partire da quest’anno, le prime piante editate di frumento duro, riso e orzo.

Per il duro gli obiettivi sono tre. Il primo riguarda l’adattamento agli stress abiotici, quindi la risposta a condizioni ambientali sfavorevoli. Il secondo è la resistenza alle malattie, con focus su ruggini, septoria e virus del mosaico comune del frumento. Il terzo riguarda la qualità della granella, con l’obiettivo di modulare la produzione di composti allergenici associati alle proteine del glutine.

Il punto non è editare, ma sapere cosa editare

La vera frontiera delle TEA non è più la tecnica ma la conoscenza biologica. In uno dei passaggi più interessanti della riflessione di De Vita, ci spiega come «le TEA rappresentino uno strumento importante che è, ad oggi, diventato molto diffuso ed accessibile, ormai una routine di laboratorio». Il problema, ad oggi, non è tanto come editare un gene ma identificare quale gene è necessario modificare per ottenere davvero un salto di qualità.

È qui che torna centrale la ricerca di base. Individuare il gene o il network di geni rilevante, comprendere quali interventi possano incidere su resistenza, efficienza, qualità o adattamento e, soprattutto, controllare l’insorgenza di effetti indesiderati (off-target) attraverso verifiche genomiche sui materiali editati. Questa fase prevede una validazione molecolare accurata, finalizzata a confermare la specificità dell’intervento e l’assenza di modifiche non intenzionali. È proprio questo uno dei punti chiave del progetto TEA4IT, perché consente di trasferire in campo materiali geneticamente caratterizzati e coerenti con gli obiettivi di miglioramento.

Dal laboratorio al campo, senza scorciatoie

Il campo resta il giudice finale dell’innovazione. I materiali editati sono già stati provati in camera di crescita ma, come si sa, ciò che funziona in ambiente controllato non sempre regge in pieno campo. Le prove che partiranno a Foggia serviranno proprio a verificare se le resistenze e gli adattamenti osservati in laboratorio si manifestino anche in condizioni reali. Questo è un passaggio cruciale per trasformare l’innovazione genetica in risultati concreti per la filiera.

Il salto si farà solo con coraggio scientifico

Il messaggio che arriva da Foggia è molto chiaro: senza una ricerca più ambiziosa non ci sarà alcun vero salto produttivo. Collaborazioni internazionali come quella con il CIMMYT, strumenti come la selezione genomica e le TEA, investimenti in genomica e fenomica, integrazione con digitale e IA: tutto questo è necessario. Ma non è sufficiente, se non è sostenuto da una ricerca capace di assumersi rischi e di lavorare anche su obiettivi di medio-lungo periodo.

In altre parole, il futuro del duro non dipenderà da una singola tecnologia salvifica. Dipenderà dalla capacità di combinare bene germoplasma, conoscenza genetica, prove di campo, infrastrutture e alleanze strategiche. Ed è esattamente questa la traiettoria che oggi il CREA-CI di Foggia sta cercando di costruire.

Foto di Pasquale De Vita, CREA Foggia.

Autore: Azzurra Giorgio

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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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L'articolo DAL GENOMA UN NUOVO FRUMENTO proviene da Grano Italiano.

Il punto centrale emerso dall’intervento è chiaro: per costruire il frumento di domani non basta lavorare solo sulle varietà moderne. Occorre tornare a guardare alla biodiversità genetica, cioè a quell’insieme di risorse che comprende forme selvatiche, materiali antichi, landraces e varietà coltivate, per recuperare caratteri che nel tempo possono essere andati perduti ma che oggi, con il cambiamento climatico e la pressione sugli input, tornano ad essere strategici.

Dalla domesticazione ai colli di bottiglia genetici

La storia del frumento spiega bene perché oggi la biodiversità sia così importante. Il progenitore selvatico del frumento è il farro selvatico, una pianta ben diversa da quelle che coltiviamo oggi: rachide fragile, seme vestito e bassa fertilità. A partire da circa 10.000 anni fa, nella Mezzaluna Fertile, la domesticazione ha selezionato forme meno fragili, più gestibili e, progressivamente, più fertili. Da qui si è arrivati ai frumenti duri con seme nudo, glumelle che si staccano dalla cariosside e maggiore fertilità della spiga.

Successivamente il miglioramento genetico ha puntato sulla riduzione della taglia e sull’incremento della produttività, fino ad arrivare alle varietà moderne, basse e ad alto potenziale produttivo. È stato un percorso fondamentale per l’agricoltura, ma ha comportato anche un prezzo: lungo questa traiettoria si sono creati colli di bottiglia di diversità genetica. In altre parole, selezionando le piante migliori per certi caratteri, si è inevitabilmente ristretta la base genetica disponibile.

Questo significa che nelle forme coltivate moderne abbiamo sì gli alleli più utili per molte esigenze produttive, ma potremmo aver perso anche varianti alleliche preziose per affrontare sfide oggi cruciali: siccità, fitopatologie, qualità sanitaria della granella, efficienza d’uso delle risorse.

Il valore pratico del germoplasma

Proprio per evitare che il frumento duro restasse indietro rispetto al tenero, Cattivelli ha ricordato il lavoro avviato negli ultimi vent’anni per costruire risorse genetiche e genomiche dedicate. In questo percorso, portato avanti con numerosi partner e con il contributo di ricercatori come Roberto Tuberosa, è stata sviluppata una grande collezione di germoplasma di 1.852 accessioni, comprendente forme selvatiche e coltivate di farro, landraces di Triticum durum e varietà moderne provenienti da diversi programmi di breeding.

Non si tratta di una raccolta fine a se stessa. Una collezione di questo tipo serve a dare ai breeder e ai ricercatori una base concreta per individuare geni utili, ricostruire la storia evolutiva dei caratteri e trasferire i tratti più vantaggiosi nei materiali d’interesse agronomico. Per l’agricoltore, questo lavoro si traduce nella possibilità di avere in futuro varietà più adatte alle condizioni reali del campo, con una migliore combinazione tra produttività, stabilità e sostenibilità.

Il caso del cadmio: qualità sanitaria e selezione più rapida

Uno degli esempi più efficaci citati da Cattivelli riguarda il gene Cdu-Bq che controlla l’accumulo di cadmio nella cariosside. Alcune varietà moderne, come Svevo, tendono ad accumularlo se l’elemento è presente nel suolo. Analizzando, però, l’intera storia evolutiva di questo gene, emerge come le forme selvatiche di farro non possedevano la variante ad alto accumulo, mentre questa mutazione è comparsa dopo la domesticazione ed è diventata frequente soprattutto nelle landraces di frumento duro nordafricane.

Il dato è interessante anche per la cerealicoltura italiana, perché molti materiali fondatori dei programmi di breeding europei derivano proprio da linee nordafricane. Per questo non sorprende che l’allele “ad alto cadmio” sia relativamente diffuso nelle varietà moderne. La parte più importante, però, è un’altra: oggi è possibile selezionare in modo molto più semplice i materiali a basso accumulo, migliorando così la qualità sanitaria della granella.

Qui si vede bene il vantaggio della biodiversità studiata in modo sistematico: non solo si comprende l’origine di un problema, ma si individuano più rapidamente le soluzioni. E per il cerealicoltore questo significa avere a disposizione varietà che rispondono meglio alle richieste della filiera e del mercato.

Farri selvatici e tolleranza alla siccità

Un altro fronte decisivo riguarda la tolleranza alla siccità. I farri selvatici vivono in ambienti semiaridi e rappresentano, quindi, una riserva naturale di caratteri utili. Cattivelli ha sottolineato però un aspetto importante: la tolleranza alla siccità non è un carattere semplice, né si può ridurre alla sola produzione. È il risultato di tanti componenti diversi, dalla conduttanza stomatica alla water use efficiency, dalla cuticola alla biomassa, fino all’architettura radicale.

Dagli studi condotti sui gruppi di forme selvatiche è emersa una enorme diversità per tutti questi tratti. Alcuni materiali, ad esempio, chiudono gli stomi molto prima rispetto a una varietà moderna come Svevo, limitando la perdita d’acqua già ai primi segnali di stress. Altri mostrano differenze nella densità stomatica, nella dimensione degli stomi o nello sviluppo del sistema radicale, avvantaggiandosi nella tolleranza alla siccità.

Il messaggio, per chi coltiva frumento, è molto concreto: la biodiversità contiene una cassetta degli attrezzi che può aiutare a costruire varietà più capaci di reggere gli stress idrici senza collassare produttivamente. Naturalmente questi caratteri devono essere valutati una volta inseriti in un background genetico moderno. Ed è proprio qui che entrano in gioco linee di introgressione e popolazioni segreganti, strumenti innovativi indispensabili per capire quali componenti funzionano davvero in chiave agronomica.

Un vantaggio diretto per redditività e sostenibilità

Per i cerealicoltori il significato di tutto questo è decisivo. Accedere a una più ampia base di biodiversità non è un esercizio accademico: è la condizione per ottenere varietà che richiedano meno input, che reagiscano meglio alla variabilità meteorologica e che mantengano rese più stabili nel tempo.

In uno scenario in cui i margini economici sono sempre più compressi, la genetica può diventare uno dei principali strumenti di competitività. Una pianta più efficiente nell’uso dell’acqua, più tollerante a una malattia o più adatta a sfruttare l’azoto disponibile significa minori costi e minori rischi. Allo stesso tempo, vuol dire anche ridurre l’impatto ambientale, contenere le emissioni indirette legate agli input e rendere il sistema cerealicolo più coerente con gli obiettivi di sostenibilità richiesti dalle politiche europee e dalla filiera.

La lezione dei Georgofili, in definitiva, è che il futuro del frumento si gioca anche nella capacità di leggere il passato evolutivo della specie. Recuperare biodiversità utile, comprenderla e trasformarla in innovazione varietale è uno dei passaggi chiave per riportare più redditività e più stabilità nelle aziende cerealicole.

Autore: Azzurra Giorgio

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Dalle Marche a Rieti: nascita di una rivoluzione verde

Il documentario ricostruisce la vicenda umana e scientifica di Strampelli, nato a Crispiero nel 1866, seguendone il percorso fino alla Rieti dei primi del Novecento, dove ottenne la cattedra sperimentale di granicoltura. È qui che prende forma il suo metodo, basato sull’ibridazione e su una visione etica della ricerca, orientata a combattere la fame e promuovere la sicurezza alimentare, più che a inseguire il profitto. Zaccaro restituisce con rigore il profilo di uno scienziato capace di guardare oltre il proprio tempo, selezionando varietà più produttive, resistenti e precoci, «capaci di affrontare caldo e siccità», anticipando di decenni i temi oggi al centro del dibattito sul cambiamento climatico.

Capitanata laboratorio a cielo aperto

Il film ruota profondamente anche sul legame profondo tra Strampelli e la Capitanata. Fu il marchese Raffaele Cappelli, infatti, a riconoscerne il talento e ad affidargli, già nel 1906, le aziende di Borgo Tressanti – Feudo della Paglia, nel Tavoliere. Qui il genetista poté sperimentare sul grano duro, trasformando campi pugliesi e reatini in un vero laboratorio a cielo aperto. Da questa collaborazione nacque una stagione irripetibile per la cerealicoltura, con varietà che avrebbero fatto scuola nel mondo, dal Messico alla Cina.

Un’eredità che parla ai cerealicoltori di oggi

“Nazareno Strampelli – L’arte del grano” non è solo un omaggio storico, ma un film necessario per comprendere le radici della filiera cerealicola moderna. Attraverso testimonianze di familiari ed esperti, il docufilm restituisce memoria all’uomo e allo scienziato che ha cambiato per sempre il destino del frumento, non solo nel nostro paese. Una visione che oggi, tra nuove sfide ambientali e grandi complessità di mercato, torna più attuale che mai per chi ogni anno semina e raccoglie nei campi italiani.

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Autore: Azzurra Giorgio

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