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’IWGSC – Una 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.