Grande svolta per l’agricoltura: sequenziato il genoma del grano tenero.

E’ stato a lungo considerato un compito impossibile. IWGSC: «Contribuirà alla sicurezza alimentare globale». Verso varietà più adattabili al cambiamento climatico

[17 agosto 2018]

L’International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC) ha pubblicato su Science una descrizione dettagliata del genoma del grano tenero, la pianta alimentare  più coltivata al mondo e dice che «Questo lavoro aprirà la strada alla produzione di varietà di grano più adatte alle sfide climatiche, con rese più elevate, migliore qualità nutrizionale e migliore sostenibilità».

Lo studio “Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome” realizzato da oltre 200 scienziati di 73 istituti di ricerca in 20 Paesi «presenta il genoma di riferimento della varietà cinese di grano tenero La sequenza di DNA ordinata lungo i 21 cromosomi di grano è la sequenza genomica di massima qualità prodotta fino ad oggi per il grano. È il risultato di 13 anni di ricerca internazionale collaborativa – dicono all’IWGSCUna coltura chiave per la sicurezza alimentare, il grano è l’alimento base di oltre un terzo della popolazione umana globale e rappresenta quasi il 20% del totale delle calorie e delle proteine ​​consumate dagli esseri umani in tutto il mondo, più di ogni altra fonte di cibo. Serve anche come una fonte importante di vitamine e minerali».

All’IWGSC evidenziano che «Oltre alla sequenza dei 21 cromosomi, l’ articolo di Science presenta anche la posizione precisa di 107.891 geni e di oltre 4 milioni di marcatori molecolari, oltre a informazioni di sequenza tra geni e marcatori contenenti gli elementi regolatori che influenzano l’espressione dei geni. L’IWGSC ha raggiunto questo risultato combinando le risorse prodotte negli ultimi 13 anni utilizzando i classici metodi di mappatura fisica e le più recenti tecnologie di sequenziamento del DNA; i dati della sequenza sono stati assemblati e ordinati lungo i 21 cromosomi utilizzando algoritmi altamente efficienti, e i geni sono stati identificati con programmi software dedicati. Tutte le risorse della sequenza di riferimenti IWGSC sono disponibili al pubblico presso l’archivio dati IWGSC di Versailles URGI-INRA e in altri database scientifici internazionali come GrainGenes e Ensembl Plant».

I ricercatori ricordano che «Per soddisfare le esigenze future di una popolazione mondiale proiettata verso i 9,6 miliardi entro il 2050, la produttività del grano deve aumentare dell’1,6% all’anno. Al fine di preservare la biodiversità, l’acqua e le risorse nutritive, la maggior parte di questo aumento deve essere ottenuto attraverso il miglioramento delle colture e dei tratti sui terreni attualmente coltivati, ​​piuttosto che affidare nuovi terreni alla coltivazione. Con la sequenza del genoma di riferimento ora completata, gli agricoltori hanno a disposizione nuovi strumenti per affrontare queste sfide. Saranno in grado di identificare più rapidamente i geni e gli elementi regolatori che sottendono a tratti agronomici complessi come la resa, la qualità dei cereali, la resistenza alle malattie fungine e la tolleranza allo stress abiotico e di produrre varietà di grano più resistenti.

Il principale autore dello studio, Rudi Appels, delle università australiane di Melbourne e Murdoch  e AgriBio research fellow, sottolinea che «La sequenza del genoma del grano ci permette di guardare dentro il motore del grano. Quello che vediamo è stato splendidamente messo insieme per consentire la variazione e l’adattamento ai diversi ambienti attraverso la selezione, così come una sufficiente stabilità per mantenere le strutture di base per la sopravvivenza in varie condizioni climatiche».

Avere a disposizione  una sequenza di genoma di riferimento di alta qualità dovrebbe permettere di migliorare molto il frumento nei prossimi decenni, con benefici simili a quelli osservati con mais e riso dopo che sono state realizzate le sequenze di riferimento.

Un altro autore dello studio, Stephen Baenziger,  dell’università del Nebraska–Lincoln e presidente del  Nebraska Wheat Growers. Sottolinea il grande lavoro scientifico fatto: «Come ringraziare un team di scienziati che perseverando sono riusciti a sequenziare il genoma del grano e hanno cambiato per sempre la coltivazione del grano? Forse non con le parole di uno scienziato, ma con il sorriso dei bambini ben nutriti e delle loro famiglie le cui vite cambieranno in meglio».

All’IWGSC ricordano che «Il sequenziamento del genoma del grano tenero è stato a lungo considerato un compito impossibile, a causa delle sue enormi dimensioni – cinque volte più grandi del genoma umano – e della complessità:  il grano da pane ha tre sub-genomi e più dell’85% del genoma è composto da elementi ripetuti». ha Kellye Eversole, direttrice esecutiva dell’IWGSC aggiunge: «La pubblicazione del genoma di riferimento del grano è il culmine del lavoro di molte persone che si sono riunite sotto la bandiera dell’IWGSC per fare ciò che era considerato impossibile. Il metodo per produrre la sequenza di riferimento e i principi e le politiche del consorzio forniscono un modello per sequenziare genomi grandi e complessi delle piante e riafferma l’importanza delle collaborazioni internazionali per far progredire la sicurezza alimentare».

L’impatto scientifico del sequenziamento del genoma del grano è già enorme, come testimoniano la contemporane pubblicazione di 6 pubblicazioni aggiuntive che descrivono e utilizzano la risorsa della sequenza di riferimento: una che compare nello stesso numero di Science, una su Science Advances e quattro in Genome Biology . Inoltre, visto che i dati erano già stati messi a disposizione della comunità scientifica a partire dal gennaio 2017, sono già stati pubblicati più di 100 studi che fanno riferimento al sequenziamento del grano.