Ricerca genetica: svelato il genoma del grano

Il grano tenero è il cereale più importante. Nutre una parte importante dell'umanità e si coltiva dappertutto, ma non è mai abbastanza e produrlo costa sempre di più. Ecco i perché di questa ricerca genetica e che cosa si è scoperto.

Sehnde (Germania), agosto 2014: una gigantesca mietitrebbia al lavoro al tramonto. In periodo di siccità la raccolta continua fino a notte fonda.|JULIAN STRATENSCHULTE/DPA/CORBIS

Un consorzio di ricerca internazionale è riuscito in un'impresa titanica: stendere il primo abbozzo del genoma del grano tenero, costituito da circa 106.000 geni (nell'uomo sono 20.000, nel riso quasi 50.000). Il lavoro, pubblicato da poche settimane sulla prestigiosa rivista scientifica Science, apre scenari importanti per il futuro dell'alimentazione umana e consentirà di migliorare la specie coltivata e di ottenere varietà che più rispondono alle nostre esigenze.

DIFFUSO SU TUTTA LA TERRA. Il grano tenero (Triticum aestivum) nutre circa il 30% dell'umanità ed è diffuso praticamente in tutti i continenti. A differenza del grano duro (Triticum durum) è in grado di crescere anche nei climi freddi, perciò la sua diffusione è più vasta e il suo uso più ampio.

La straordinaria adattabilità del grano tenero a condizioni tanto differenti è dovuta al fatto che la specie deriva dall'unione di altre tre specie diverse di cereali, ognuna delle quali contribuisce con i propri geni e le proprie caratteristiche. Questo è ciò che rende molto complesso il suo genoma (e di conseguenza il lavoro di ricerca).

Afghanistan, agosto 2014: un bambino afgano al lavoro in un campo di grano. | XINHUA/KAMRAN/CORBIS

IL FUTURO DEL FRUMENTO. Nonostante l'adattabilità del grano tenero, la produzione, a causa di cambiamenti del clima, è diminuita del 5,5% dal 2000 al 2008, e in alcuni di questi anni non è stata sufficiente a soddisfare la domanda globale.

Gravi crisi alimentari sono state un incubo anche alla fine del XVIII secolo e l'inizio del XIX: sono state risolte con l'introduzione di nuove tecnologie sia in agricoltura sia nell'allevamento, ma tecnologie ed efficienza potrebbero oggi non essere più sufficienti. In questo secolo, l'aumento della popolazione, il costo dei fertilizzanti, l'aggravamento del riscaldamento globale e la degradazione ambientale, sono già una sfida molto seria per i produttori.

In questo quadro, sarà sempre più importante l'innovazione biologica, che parte però dalla conoscenza la più perfetta possibile del patrimonio genetico delle piante coltivate. Per questo motivo nel 2005 è stato lanciato un grande progetto internazionale per sequenziare il genoma del grano.

CHE COSA SVELA IL LAVORO. Il Consorzio internazionale di sequenziamento del grano (IWGSC), forte di 1000 membri in 57 Paesi, ha, insieme ad altri gruppi di scienziati, pubblicato numerosi articoli che chiariscono quale sia la posizione dei geni, su quali cromosomi siano presenti e soprattutto quali siano le loro interazioni. Come cioè un tratto di DNA possa accenderne o spegnerne altri (per attivarli/disattivarli), in modo da rispondere a stimoli ambientali quali il freddo o la siccità.

«La difficoltà di sequenziamento del genoma è dovuto alla sua dimensione e alla presenza di molte sequenze ripetute», dice Antonio Michele Stanca, del CRA, Centro di ricerca per la genomica vegetale di Fiorenzuola d'Arda (Piacenza). Le sequenze ripetute sono lunghi tratti in cui una o più delle quattro basi del DNA (A, C, T, G) sono continuamente ripetute: alcuni genetisti affermano che non hanno compiti importanti, e che sono residui di altir patrimoni genetici, altri ritengono che non siamo ancora in grado di interpretare la loro funzione.

Swiftebrant (Olanda), agosto 2014: al lavoro ininterrottamente nei campi, in previsione dell'arrivo delle piogge. | EPA/ROBIN VAN LONKHUIJSEN/CORBIS

NON SOLO GENI.Particolarmente importanti sono due gruppi di elementi. Il primo è composto dai cosiddetti marcatori molecolari, cioè tratti di materiale genetico che segnalano la presenza di un gene importante. Conoscere la loro posizione su un determinato cromosoma aiuta a cercare, nelle tante varietà esistenti di frumento, proprio questi utili marcatori e quindi i geni (o le loro varianti) che ci interessano.

Il secondo gruppo è quello dei cosiddetti microRNA, cui si è dedicato il gruppo di ricerca italiano (Faccioli, Colaiacovo, Stanca e Cattivelli, quattro ricercatori del CRA). «I microRNA sono cortissimi pezzetti di RNA che hanno un'importante funzione di regolazione dell'azione dei geni. Sono capaci di intervenire in processi fondamentali quali lo sviluppo e la risposta alle malattie e agli stress ambientali», afferma Stanca.

Questi microRNA, rispondendo a segnali come l'aumento o diminuzione di temperatura o la disponibiltà di acqua, si attaccano a un altro tipo di RNA (il messaggero, che comunica alla cellula che cosa fare partendo dalle istruzioni del DNA) e impediscono che dia il comando per la sintesi di una proteina, contribuendo in questo modo alla risposta della pianta agli stimoli ambientali avversi. Un processo opposto avviene nel caso di improvvise gelate, da cui le piante si difendono producendo sostanze antigelo: un microRNA avvisa le cellule di produrre la proteina nel momento in cui i sensori delle piante stesse si accorgono della diminuzione di temperatura.

Sapere come sono fatti, quale sia la loro funzione e soprattutto dove sono, consente di bloccarli o, al contrario, di stimolarne l'azione, a seconda di ciò che si vuole ottenere. «Esistono già molecole che permettono di bloccare alcuni microRNA perché funzionano come "spugne"; vi si attaccano e ne fermano l'azione», afferma Moreno Colaiacovo, un giovane e brillante ricercatore che ha partecipato alla descrizione dei microRNA.

Bloccare i microRNA consente dunque di modificare la crescita o il comportamento della pianta.

AGRICOLTURA MIRATA. Sapere dove sono i geni che ci interessano, i marcatori e i microRNA, permette soprattutto di avere una maggior precisione nell'ibridazione (cioè nell'incrocio) di varietà diverse di grano tenero. Un processo che l'uomo agricoltore fa da molte migliaia di anni senza sapere con precisione se il risultato sarà quello desiderato. «Avendo la sequenza e sapendo su quale cromosoma è situato quel particolare gene, o il microRNA, sapremo con grande precisione in quale "figlio" delle due varietà che abbiamo accoppiato è presente il gene che ci interessa».

Questo primo abbozzo dell'enciclopedia del grano sarà dunque un punto di riferimento per tutte le future ricerche su questa specie fondamentale per la nostra alimentazione.

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