IN CAMPO CON I GENI: LA GENETICA AL SUPERMERCATO

IL MIGLIORAMENTO DELLE PIANTE COLTIVATE SPIEGATO DAI RICERCATORI DEL CREA DI FIORENZUOLA D’ARDA                                                                                                             

a cura di ALESSANDRO CANTARELLI

 

 

   Prima Puntata 

La recente tecnologia del genome editing attraverso il complesso proteina-RNA denominato CRISP CAS9, l’ultima innovazione biotecnologica in ordine di tempo che consente di indurre mutazioni in specifici punti del DNA. Il punto di partenza di questo processo è la conoscenza dell’intero genoma della specie che si vuole migliorare, nonché la conoscenza della funzione dei geni che si vogliono modificare. La sostenibilità agronomica e ambientale dei processi produttivi parte innanzitutto dalla tipologia delle varietà a disposizione degli agricoltori. Immagine tratta dal filmato CREA BREAKK XL, riportato in calce.

Nell’aprile dello scorso anno con l’articolo intitolato “Aspettando il Fascination of Plant Day 2024”, nel pubblicizzare la giornata a cadenza biennale promossa dall’European Plant Science Organization (EPSO), che si sarebbe tenuta giovedi 23 maggio, si era descritta la positiva quanto originale esperienza del 2022 in uno dei Centri istituzionali italiani aderenti all’iniziativa: il Centro per la Genomica e la Bioinformatica del CREA di Fiorenzuola d’Arda, in provincia di Piacenza.
Dal sito Plant day.it, si riporta infatti che "La giornata internazionale del fascino delle piante (FPD, n.d.a.) è promossa in tutto il mondo per avvicinare quante più persone possibili all’affascinante mondo delle piante e far conoscere quanto è importante la ricerca in questo settore”.  

Con la fattiva collaborazione del CREA di Fiorenzuola, attraverso delle puntate a tema verranno illustrate su Agrarian Sciences le attività del Centro presentate nell’edizione 2024 del FPD (iniziativa che ha comunque il merito di divulgare al grande pubblico, le frontiere più avanzate della ricerca agraria in particolare nel settore della genomica vegetale), direttamente attraverso la voce di quegli stessi ricercatori che con tanto impegno e passione, hanno consentito al variegato pubblico presente (composto da studenti, tecnici del settore e agricoltori, comuni cittadini), di avvicinarsi in loco alla scienza e analizzare assieme a loro alcuni infondati pregiudizi, che in questi tempi di social e fakes circolano abbondantemente in rete e sui media. Con tutte le gravi conseguenze che ne possono derivare.
In calce ad ogni puntata verranno riportati i filmati realizzati dai ricercatori del CREA, sullo specifico argomento del loro laboratorio didattico.
La prima puntata attraverso le strutture del Centro per la Genomica e la Bioinformatica, inizia con il laboratorio tenuto dal direttore del Centro dott. Luigi Cattivelli, che in occasione del FPD ha intrattenuto i visitatori sul tema richiamato nel titolo: “La genetica al supermercato”.

 

 

Il direttore del Centro GB del CREA dott. Luigi Cattivelli mentre descrive l’autentica storia genetica di alcuni prodotti alimentari estratti dalla borsa di una ipotetica spesa al supermercato che simboleggia quella effettuata dal consumatore medio. Foto A. Cantarelli.

Attraverso esempi reali, è stato evidenziato in che modo la genetica (e l’innovazione genetica in particolare), abbiano cambiato gli alimenti che quotidianamente portiamo in tavola. Perché da quando l’uomo è diventato agricoltore, esso ha comunque sempre cercato di migliorare le singole specie coltivate per renderle più produttive, quanto maggiormente confacenti alle proprie esigenze e di questo bisogna esserne persuasi, aggiungeva il direttore.
Alcuni esempi? I frutti senza semi (apireni), gli apprezzati pomodori da mensa (es datterini, cigliegine ed altri) che si conservano a lungo in frigorifero (anziché deperire dopo pochi giorni la raccolta, come invece succedeva nemmeno troppi lustri fa per le varietà locali). Per rimanere nella coltura del pomodoro (siamo in Emilia e le provincie di Piacenza e Parma presentano una produzione significativa sul totale nazionale), le attuali varietà da industria sono particolarmente adatte alla raccolta meccanica grazie al miglioramento genetico che è stato fatto a partire dagli anni ’90 che ha reso la bacca più resistente agli urti, la maturazione contemporanea, così come il distacco delle bacche senza picciolo che invece rimane attaccato alla pianta (carattere jointless) al momento della raccolta. Quest’ultimo carattere è essenziale in assenza degli operatori manuali che staccano il picciolo dalla bacca prima della trasformazione industriale in derivati.
Il consumatore ha dimostrato di apprezzare in questi ultimi anni tante nuove varietà di mele (come le varietà Pink Lady o Ambrosia, già richiamate nel precedente articolo), caratterizzate da specifici caratteri qualitativi (es. il sapore e la croccantezza della polpa), ma ci sono anche varietà caratterizzate da essere resistenti alle principali malattie. Così facendo, oltre a soddisfare il consumatore per la qualità intrinseca dei frutti, sono più sostenibili ambientalmente in quanto consentono un minore impiego di fitofarmaci.
E cosa dire a proposito del latte? Questo importantissimo alimento di base si scopre contenere almeno due innovazioni genetiche, ovvero la prima legata al miglioramento nella genetica delle razze bovine, in particolare quelle da latte la seconda legata invece alla “genetica dei mangimi”, intendendo le innovazioni legate al miglioramento genetico nella varietà coltivate, a partire da mais e soja, che costituiscono le colture maggiormente impiegate nelle preparazioni mangimistiche.
Cosa dire invece di un primo piatto tipicamente italiano, realizzato in varie preparazioni ma ugualmente celebrato dai gourmand, il risotto?
Nell’istante in cui il consumatore acquista il riso ad es. della varietà Carnaroli, non è necessariamente detto che nella confezione trovi esclusivamente il riso di quella specifica (e particolarmente apprezzata) varietà. Frequentemente con la denominazione “carnaroli”, si identifica una tipologia di riso ossia un gruppo di varietà geneticamente migliori del Carnaroli originale, che producono chicchi con caratteristiche qualitative non-distinguibili da quelle del Carnaroli originario.
In questo modo attraverso la legislazione corrente e le griglie ministeriali, si raggiunge un duplice scopo: da un lato il fornire al consumatore di una tipologia di prodotto omogenea, per i diversi impieghi culinari (attraverso varietà di riso non distinguibili dalla varietà originaria). Dall’altro il permettere alla riseria di ovviare al difetto di offerta, che inevitabilmente ne deriverebbe dalla presenza sul mercato della sola varietà indicata in etichetta (che oltremodo risultando alquanto datata, presenterebbe quei dei difetti di natura agronomica che il miglioramento genetico e gli incroci degli anni successivi la sua creazione ha cercato costantemente di migliorare).
A meno che non venga espressamente riportata sull’etichetta della confezione la dicitura “classico”, per gli amanti del riso in purezza, a significare che quella confezione contiene esclusivamente la varietà indicata. Per ulteriori approfondimenti, in calce è riportato il filmato dell’E.N.R. con i dott. Roberto Magnaghi e Cinzia Simonelli).
Con i progressi nella ricerca scientifica, sono conseguentemente cambiate e innovate negli anni anche le tecnologie utilizzate per migliorare le specie coltivate, con la comparsa di termini nuovi nel vocabolario genetico agrario.
D’altra parte in un percorso lungo secoli gli agricoltori e poi i breeders (nell’ultimo secolo), sono passati dalla selezione massale, al miglioramento genetico tradizionale mediante incroci, reincroci e selezioni fenotipiche applicando la genetica mendeliana, quindi –proseguendo con estrema sintesi- la selezione assistita da marcatori (MAS), quindi le biotecnologie con la tecnologia del DNA ricombinante (anni Ottanta del secolo scorso), per arrivare alle soglie del nuovo millennio con le New Breeding Tecniques (NBTs), di cui il genome editing (2012) è l’ultimo rappresentante.
Cosa si intende infatti per genomica? La si può intendere, illustrava Cattivelli, come “il nome moderno della scienza genetica (Mendel), elevata all’ennesima potenza”. In altre parole, mentre l’abate Mendel studiava nella seconda metà dell’Ottocento un gene per volta, attualmente la genomica (genetica classica integrata dagli strumenti offerti dalla biologia molecolare), con l’ausilio dei moderni sistemi di sequenziamento del DNA e le nuove competenze acquisite con la bioinformatica, riesce a studiare migliaia di geni in contemporanea.
Il Centro CREA di Fiorenzuola dal 2018 al 2021 è stato sede di coordinamento per il progetto BIOTECH (= Biotecnologie sostenibili per l’agricoltura italiana), finanziato per circa 6 milioni di € dal MIPAAF per migliorare circa quindici specie rappresentative dell’agrobiodiversità italiana, quali ad es. vite, olivo, albicocco, pesco, ciliegio, melo, pero, pomodoro, melanzana, frumento e pioppo.
Al fine di ottenere delle piante coltivate più adatte alle esigenze della moderna agricoltura e sostenibili ambientalmente, BIOTECH attraverso lo sviluppo delle conoscenze relative alle biotecnologie di ultima generazione, segnatamente quelle che vanno sotto il nome di cisgenesi e genome editing, ha perseguito quattro obiettivi:

1. incremento della potenzialità produttiva;
2. miglioramento della resistenza malattie;
3. miglioramento della resistenza a stress abiotici (come la siccità e lo stress salino); 
4. miglioramento delle caratteristiche qualitative dei prodotti.

Tutto questo per rafforzare la competitività del made in Italy, come viene riportato anche da Anna Meldolesi nel suo libro “E l’uomo creò l’uomo. CRISP e la rivoluzione dell’editing genomico” (ed. del 2021), nel citare il programma BIOTECH diretto da Luigi Cattivelli. 

Le conoscenze dei genomi di numerose specie coltivate sono stati acquisite negli ultimi 12-18 anni di lavoro -per quello del grano duro, il CREA di Fiorenzuola coordinava il Consorzio mondiale composto da oltre 60 ricercatori e il poderoso lavoro, culminò con la pubblicazione nell’aprile 2019 su Nature genetics-, e sono oggi disponibili su siti specializzati. In questa immagine si riporta l’informazione relativa al gene TRITD1Av1G070570 di grano duro, posto sul cromosoma 1A. Immagine tratta dal filmato CREA BREAK XL riportato in calce.

Se per cisgenesi si intende il trasferimento di un gene intero (comprese le regioni regolative) tra due accessioni vegetali interfertili tra di esse (o in altre parole il trasferimento in una varietà di un gene proveniente da un’altra varietà della stessa specie), per genome editing si intende invece una tecnica di mutagenesi estremamente mirata, come spiega il direttore Cattivelli (per una migliore comprensione, si consigliano i video riportati in calce), ossia la “capacità di realizzare mutazioni in siti pre-definiti dall’operatore”.
Prendendo a prestito il termine “editare” dal settore dell’editoria e del giornalismo, parimenti per editing genomico si può correttamente intendere il migliorare ed eliminare gli errori di tratti ben definiti nel genoma delle piante, attraverso una tecnologia estremamente precisa e mirata che non intacca minimamente la tipicità delle produzioni agrarie.
Quest’ultima biotecnologia innovativa (che ha portato all’assegnazione del premio Nobel per la Chimica nel 2020 le scienziate Jennifer Doudna ed Emmanuelle Charpentier), si basa sulla tecnologia CRISP (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), la quale è costituita da due componenti: la proteina sentinella Cas9 e l’RNA bussola (o guida). Ovviamente del sistema esistono già numerose varianti, sia nel comparto vegetale che in quello animale, ma il modello CAS9 è il più celebre e al momento utilizzato.
Questa tecnologia trae origine dall’efficiente sistema batterico di difesa dai virus ed esclude l’integrazione di DNA esogeno nella pianta. Sicché le specie coltivate ottenute attraverso le NBTs o TEA (Tecnologie di Evoluzione Assistita, secondo la definizione proposta dalla Società Italiana di Genetica Agraria), di cui cisgenesi e CRISP fanno parte, non possono essere considerate alla stessa stregua di piante OGM o transgeniche, secondo la corrente accezione.
Per questo motivo, si sta auspicando una sostanziale revisione della sentenza della Corte di Giustizia Europea, che nel luglio 2018 assimilava la tecnologia del genome editing a quella OGM, facendola rientrare di fatto all’interno della regolamentazione della direttiva 2001/18/EC (sull’emissione nell’ambiente di organismi geneticamente modificati). 

 

 

Il direttore del Centro per la Genomica e la Bioinformatica del CREA di Fiorenzuola d’Arda dott. Luigi Cattivelli, mentre mostra alcune capsule Petri con all’interno alcuni calli in accrescimento di cereali, dopo che gli embrioni dai quali derivano sono stati sottoposti al genome editing attraverso la tecnologia CRISP-CAS9. Immagine tratta dal filmato indicato nei riferimenti indicati in calce.

Direttiva europea e regolamenti nazionali successivi, che se da un lato hanno fatto sì che in Italia non si possano coltivare OGM, dall’altro non vietano di importarli (abbondantemente, n.d.a) per soddisfare le crescenti richieste dell’alimentazione zootecnica e umana.
Con i nuovi scenari economici e socio-politici che si stanno delineando all’orizzonte, con il deficit tendenzialmente crescente della nostra bilancia agroalimentare, come indica l’attenta analisi dei rapporti ISMEA, non è forse il caso di recuperare celermente il tempo perduto rivedendo in sede istituzionale certe iniziali posizioni “anti”? Ovviamente sulla scorta delle evidenze scientifiche disponibili, ma anche di una mutata sensibilità della pubblica opinione maggiormente edotta sui reali benefici delle TEA, a dispetto delle fakes che circolano numerose in rete e sui media (anche di queste se ne parlerà nelle prossime puntate), che contribuiscono a fare confusione e a prendere decisioni sbagliate.
Non è detto che il traguardo europeo del carrello della spesa “sempre pieno” -questo era in sostanza uno degli obiettivi, raggiunto, del trattato di Roma del 1957-, debba per forza essere, in un prossimo futuro e in condizioni di parità di potere d’acquisto (anche questa una scommessa), necessariamente garantito.

Nota dello scrivente: il 3 febbraio 2025 la prestigiosa Rivista Nature Genetics ha pubblicato un interessante lavoro (a firma di Guo W. et al., riportato in calce), inerente i meccanismi genetici che regolano la biodiversità dell’orzo e, potenzialmente, anche di altre piante. Lavoro cofirmato da un team internazionale che vede, tra gli altri, i ricercatori del CGB-CREA di Fiorenzuola d’Arda Paolo Bagnaresi e Agostino Fricano. Questo articolo sarà prossimamente oggetto di divulgazione su queste pagine.

Nota del curatore: si ringrazia sentitamente il dott. Luigi Cattivelli per il lavoro di revisione critica del presente testo divulgativo, come per le revisioni delle prossime puntate.

Letture e video per approfondimenti:

Cantarelli A. Aspettando il Fascination of Plants Day 2024. Agrarian Sciences, venerdi 19/04/2024. Disponibile su: Agrarian Sciences

Cantarelli A. Chi l’ha detto che il grano antico è sempre più buono? Recensione del libro di Luigi Cattivelli “Pane Nostro, grani antichi, farine e altre bugie” di Luigi Cattivelli. Agrarian Sciences, venerdi 26/05/2023. Disponibile su: Agrarian Sciences

Cattivelli L. Pane Nostro. Grani Antichi, farine e altre bugie. Il Mulino, Bologna, 2023.

CREA. BIOTECH. www.crea.gov.it ; https://creafuturo.crea.gov.it/2602/

CREA BREAK. CREABREAK XL: la ricetta del genome editing. Su: https:/creafuturo.crea.gov.it/10344/

CREA. Consiglio per la ricerca in agricoltura e l’analisi dell’economia agraria. Genomica e Bioinformatica. www.crea.gov.it

CREA-Ricerca da vedere. Biotech week 2024 - in campo con i geni - Luigi Cattivelli, 24/09/2024. Su:
https://www.youtube.com/watchv=BRJKIF5La0Y&list=PLuHR_wWt4GLX9ynM5DD0I1vWcgVkgl2Oh&index=2

CREA-Ricerca da vedere. CREABREAK per l'#innovazione2020: 6° tappa del #roadshow alla scoperta di #GenomicaBioinformatica. 09/11/2020. Su: https://www.youtube.com/watch?v=nTtECR1TbAg&list=PLuHR_wWt4GLUT0sRO5HYmHAMU7zX4Ozqb

 
CREA FUTURO. Le sfide della ricerca agroalimentare. Disponibile su: https://creafuturo.crea.gov.it/

CRISPR: Gene editing and beyond. Nature video. Disponibile su: www.youtube.com

Ente Nazionale Risi. Il riso italiano caratteristiche, varietà e curiosità di un'eccellenza. 01/10/2020. Filmato disponibile su: https://www.bing.com/videos/riverview/relatedvideo?&q=il+riso+italiano+caratteristiche+variet%c3%a0+e+curiosit%c3%a0&&mid=

D17F0484A04BB85437D2D17F0484A04BB85437D2&&FORM=VRDGAR

Epso. Fascination of Plants Day 2024. https://epsoweb.org/all-events/fascination-of-plants-day-2024/

Fascination of Plants Day. www.plantday.it

Guo W. et al. A barley pan-transcriptome reveals layers of genotype-dependent transcriptional complexity. Nature Genetics, 03/02/2025. Disponibile su: www.nature.com

Ismea Mercati Report scambi con l’estero. Trasparenza e conoscenza dei mercati agroalimentari. La bilancia commerciale nel primo semestre 2024. Disponibile su: www.ismeamercati.it

ALESSANDRO CANTARELLI

Laureato in Scienze Agrarie presso la Facoltà di Agraria dell' Università Cattolica del Sacro Cuore a  Piacenza. Dal febbraio 2005 lavora presso il Servizio Territoriale Agricoltura Caccia e Pesca di Parma e Piacenza (STACP), della Regione Emilia Romagna (ex Servizi Provinciali), dapprima come collaboratore esterno, successivamente come dipendente. E’ stato dipendente presso la Confederazione Italiana Agricoltori di Parma.Ha svolto diverse collaborazioni, in veste di tecnico, per alcuni Enti, Associazioni e nel ruolo di docente per la formazione professionale agricola. Iscritto all’Ordine dei dottori Agronomi e Forestali ed alla FIDAF parmensi.