IL MIGLIORAMENTO DELLE PIANTE COLTIVATE SPIEGATO DAI RICERCATORI DEL CREA DI FIORENZUOLA D’ARDA " SECONDA PUNTATA".
a cura di ALESSANDRO CANTARELLI
Nel corso della prima puntata dedicata alla “genetica al supermercato”, con l’aiuto del direttore del CREA (Consiglio per la Ricerca in Agricoltura e l’Analisi dell’Economia Agraria) di Fiorenzuola d’Arda dott. Luigi Cattivelli, è stato evidenziato il ruolo capitale del marketing nel convincere il cliente/consumatore al momento di fare la spesa, di portarlo a considerare un prodotto migliore di un altro, inducendolo nello stesso tempo a non considerare il fatto che le produzioni agrarie non sono mai state immodificabili, bensì sono sempre state oggetto del miglioramento genetico per l’ottenimento, a seconda della specie considerata, di pezzature migliori o produzioni più elevate.
È comunque la coltivazione dei cereali avvenuta circa 10.000 anni fa, a consentire l’inizio e la guida dell’evoluzione culturale di civiltà diverse e distanti, consentendo loro di prevalere sulle altre (Defez, 2014; Saltini, 2009).In questa seconda puntata, con la dott.ssa Primetta Faccioli ricercatrice del Centro per la Genomica e la Bioinformatica (GB) di Fiorenzuola d’Arda (Piacenza), si tratterà di una disciplina essenziale nell’analisi genomica moderna: la bioinformatica. Per bioinformatica si intende l’utilizzo dell’informatica per l’analisi dei dati biologici di laboratorio. Un concetto apparentemente elementare, dietro il quale, invece, si cela la complessità delle variabili e dei numeri da trattare.
Si diceva l’essere uno strumento fondamentale per la scienza biologica moderna in quanto, spiega la dott.ssa Faccioli, all’interno della comunità scientifica è oramai invalso il concetto di “Biologia Large Scheme”, per descrivere la capacità di trattare ed elaborare correttamente in tempo reale una mole enorme di dati, come quelli risultanti dall’impiego degli attuali macchinari in uso per il sequenziamento degli acidi nucleici (dati espressi attraverso precisi parametri, nel complesso definiti come big data), che il trattamento e la elaborazione manuali non consentirebbero più di potere fare. In relazione alle eccessive dimensioni dei dati analitici acquisiti, ma anche per le tempistiche attuali che richiedono una lettura e successiva elaborazione statistica dei dati stessi, in tempi molto minori rispetto solo a pochi lustri fa.
Spiega infatti Primetta Faccioli quanto la moderna biologia debba essere necessariamente approcciata attraverso strumenti adeguati, computazionali, che portino a includere nuove competenze informatiche da parte di chi fa ricerca nel campo delle scienze biologiche.Per rendere conto delle effettive dimensioni delle grandezze fisiche risultanti dalle analisi, si consideri che il DNA del grano duro (tetraploide), è organizzato in 14 cromosomi per un totale di 10,5 miliardi di basi (bp), con circa 66.000 geni, mentre l’esaploide grano tenero è organizzato in 21 cromosomi con 15 miliardi di basi (bp). Per fare un confronto, il genoma umano, diploide, ha 23 cromosomi circa 20.000 geni e 3,2 miliardi di bp. Come è noto, i genomi sono organizzati attraverso il “codice universale”: le due basi pirimidiniche Adenina (A) e Guanina (G), le due basi puriniche Citosina (C) e Timina (T), che si alternano in sequenze specifiche per ogni specie e individuo.
Il CREA congiuntamente con l’Università di Bologna ed altre Istituzioni internazionali hanno avviato un progetto di ricerca per lo studio dei genomi di circa 40 varietà di grano duro e dei suoi progenitori (Pangenoma), con il preciso scopo di individuare quelle regioni peculiari del DNA (costituite da geni), necessarie alla coltura per potere crescere e produrre anche nelle condizioni climatiche del prossimo futuro, essere più resistente alle principali malattie ed utilizzare in maniera più efficiente le risorse naturali a disposizione nel terreno.
Il progetto è finanziato per l’Italia attraverso il P.N.R.R. (Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza), progetto Agritech e nell’ambito del progetto Pangenoma, il CREA Centro di ricerca Genomica e Bioinformatica di Fiorenzuola ha sviluppato una partnership con l’azienda Microsoft per l’uso di una risorsa Cloud che costituisce una piattaforma adatta ad ospitare e analizzare i più diversi dati genetici derivanti dai genomi di svariate varietà di grano. Attraverso il Cloud di Microsoft sono state messi in rete decine di ricercatori sparsi per il mondo, allo scopo di farli collaborare in tempo reale all’interpretazione dei “big data”, risultanti dalle analisi dei genomi di decine di varietà di grano duro e dei suoi antichi antenati.
Aggiunge il direttore Cattivelli che attraverso questo progetto, i ricercatori di Canada, Australia, Giappone e Stati Uniti possono lavorare sugli stessi dati, con gli stessi strumenti, sullo stesso problema: questo costituisce il vero progresso della ricerca scientifica, ma anche della società!
Questo passaggio illustrano Cattivelli e Faccioli risulta essere essenziale, dal momento che ci si trova in un contesto operativo dove il comprendere il significato di una mole impressionante di dati è più difficile che produrli; tutto questo consentirà di garantire in tempi minori la produzione di un cereale fondamentale e strategico come il grano per i prossimi anni.
Il frumento rappresenta il 20% delle calorie consumate dagli esseri umani in tutto il mondo, oltre che essere -in Italia- alla base dei piatti tipici della tradizione e tutto questo spiega bene la rilevanza del lavoro in corso.
Il Centro per la Genomica e la Bioinformatica gestisce lo storage (immagazzinamento) di tutti questi dati, attraverso la modalità in cloud (in senso letterale: “nuvola”, ma secondo il significato informatico del termine, indica il collegamento con una vasta rete di server remoti ubicati in tutto il mondo e collegati tra loro, come se fossero un unico ecosistema), analizzandoli in maniera efficiente sia per tempistica che per quantità e accuratezza, condividendoli con gli altri Istituti e Centri di ricerca.
Attraverso questo particolare approccio ne deriva un'altra modalità, quella propriamente definita open source dei dati, ossia la “scienza della condivisione”, la scienza aperta, quella scienza che risponde a progetti fortemente innovativi e che per questo specifico motivo, presenta la necessità di uno scambio sistematico di un’ampia mole dati con gli scienziati che lavorano nello stesso ambito disciplinare.
L’avere delle strutture di calcolo e informatiche adeguate a queste specifiche necessità originate dall’open source, è condizione basilare per potere condurre ricerche avanzate in ambito internazionale.
 |
(Come spiega il dott. Luigi Cattivelli, la storia del grano duro è iniziata più di 10.000 anni fa, quando alcuni agricoltori neolitici iniziarono a coltivare una pianta selvatica chiamata farro. Immagine da: Microsoft.com; indicazioni in calce).
Nell’aprile dello scorso anno Agrarian Sciences con “Aspettando il Fascination of Plant Day 2024”, dedicata alla giornata a cadenza biennale promossa dall’European Plant Science Organization (EPSO), che si sarebbe poi tenuta giovedi 23 maggio 2024, era stata descritta la positiva quanto originale esperienza del 2022 presso il Centro per la Genomica e la Bioinformatica del CREA di Fiorenzuola d’Arda. 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.
La dott.ssa Faccioli nel suo laboratorio illustrava inoltre al pubblico presente, un esempio concreto di condivisione dei dati, realizzato nell’ambito del progetto internazionale BOOSTER (Boosting Drought Tolerance in Key Cereals in the Era of Climate Change), un progetto avviato nel maggio del 2023 che ha l’obiettivo di sviluppare degli appositi strumenti che consentano di selezionare piante con specifici meccanismi di risposta alla siccità. BOOSTER opera per individuare nei genomi delle piante particolari sequenze la cui funzione è correlata alla regolazione dei meccanismi di risposta alla siccità.
 |
(Finanziato dal programma quadro per la ricerca in Europa Horizon Europe con una dotazione finanziaria di quasi 5 milioni di euro, il progetto Booster attraverso lo studio comparativo di tre cereali quali mais (sensibile alla siccità), teff (più tollerante) e Eragrostis nindensis (un cereale molto simile al teff della savana sudafricana totalmente tollerante alla siccità), si propone di sviluppare strategie per trasferire le caratteristiche della specie più resistente alla siccità (teff e E. nindensis), alla specie più sensibile (mais). Si consideri che il mais è il secondo cereale più coltivato nel vecchio Continente e il primo nel Mondo, mentre il teff costituisce la maggiore fonte alimentare nel Corno d’Africa. Il teff viene anche considerato un “superfood” in quanto oltre all’utilizzo come fonte nutritiva, è adatto anche per soggetti con intolleranze alimentari. Direttamente da: CREA-Biotech week 2024 e Pianetapsr.it; indicazioni in calce). |
(Finanziato dal programma quadro per la ricerca in Europa Horizon Europe con una dotazione finanziaria di quasi 5 milioni di euro, il progetto Booster attraverso lo studio comparativo di tre cereali quali mais (sensibile alla siccità), teff (più tollerante) e Eragrostis nindensis (un cereale molto simile al teff della savana sudafricana totalmente tollerante alla siccità), si propone di sviluppare strategie per trasferire le caratteristiche della specie più resistente alla siccità (teff e E. nindensis), alla specie più sensibile (mais). Si consideri che il mais è il secondo cereale più coltivato nel vecchio Continente e il primo nel Mondo, mentre il teff costituisce la maggiore fonte alimentare nel Corno d’Africa. Il teff viene anche considerato un “superfood” in quanto oltre all’utilizzo come fonte nutritiva, è adatto anche per soggetti con intolleranze alimentari. Direttamente da: CREA-Biotech week 2024 e Pianetapsr.it; indicazioni in calce).
“Facile a dirsi ma…, ben più difficile a farsi!”, come si suol dire in questi casi e infatti ribadisce la dott.ssa Faccioli, è come cercare un ago (il/i gene/i di interesse) nel pagliaio (il genoma delle piante). Questi geni di interesse, infatti, sono piccole sequenze all’interno di genomi particolarmente grandi.
Le competenze del ricercatore sono in continua evoluzione, sulla base delle continue acquisizioni sia in campo scientifico (si ricorda al lettore che la tecnica CRISP-CAS9 è solo del 2012, n.d.c.), che tecnologico (come le nuove strumentazioni a disposizione, si pensi ad esempio alla continua evoluzione avuta nel corso degli anni per gli strumenti di sequenziamento del DNA). Al contempo, l’avanzamento scientifico genera enormi quantità di dati la cui gestione ed analisi diventa sempre piu difficile sino a richiedere strutture e competenze dedicate.
 |
Il metodo MNase-defined cistrome-Occupancy Analysis (MOA) consente di sfruttare le informazioni contenute nella variabilità genetica naturale in maniera innovativa, in quanto agisce con elevata risoluzione e precisione sugli elementi CREs (Cis-Regulatory Elements). I CREs sono sequenze genetiche con attività di regolazione, che si localizzano in regioni non codificanti del genoma e che hanno un ruolo chiave per la modulazione dei caratteri complessi, come la resistenza alla siccità. Tale studio, consentirà in futuro tramite breeding classico o tramite TEA (tecniche di evoluzione assistita), di sviluppare nuove varietà di cereali resistenti alla siccità e di produrre un'informazione trasferibile ad altri cereali, che possa essere utile anche per il miglioramento di caratteri quantitativi diversi dalla tolleranza alla siccità. Da: CREA-Biotech week 2024 e Pianetapsr.it; indicazioni in calce).
 |
(Primetta Faccioli e Luigi Cattivelli, al centro, del Consiglio per la Ricerca Agricola ed Economica (CREA) del governo italiano con Wolfgang De Salvador di Microsoft presso il laboratorio del CREA a Fiorenzuola d’Arda, Italia. Foto di Chris Welsch per Microsoft. Da: Microsoft.com; indicazioni in calce). |
L’occasione fornita dal laboratorio di Bioinformatica all’interno del FPD sul significato della definizione di open access (“scienza aperta”), quindi del successivo e positivo impatto sull’avanzamento della ricerca, rimanda direttamente la memoria alle vicende che avevano vista coinvolta (e successivamente scagionata in maniera totale dalle assurde accuse accampate nei suoi confronti), la veterinaria Ilaria Capua.
Grazie alla strenua difesa del principio secondo il quale la scienza deve basarsi sul libero accesso alle informazioni (in ambito internazionale), la scienziata fautrice dell’approccio “One Health” per la medicina umana e veterinaria, nel periodo 2005-2007 quando allora dirigeva in Italia una sezione dell’Istituto Zooprofilattico Sperimentale, permise di affrontare con successo la pandemia costituita dall’influenza aviaria, attraverso la codifica della sequenza del DNA virale e successiva condivisione in un data base, per l’appunto di libero accesso.Pare quindi opportuno concludere questa seconda puntata, riportando un passaggio direttamente dal suo libro biografico “Io trafficante di virus. Una storia di scienza e di amara giustizia”, quando ella afferma che “siamo dipendenti pubblici, ci impegniamo e lavoriamo soprattutto per il bene comune e dobbiamo imparare a spiegare il valore di quello che facciamo”.
Si può non essere d’accordo?
Letture e video per approfondimenti:
Booster (Sito ufficiale del progetto). Disponibile su: https://boosterproject.eu/
Cantarelli A. Aspettando il Fascination of Plants Day 2024. Agrarian Sciences, venerdi 19/04/2024. Disponibile su: https://www.agrariansciences.it/search?q=aspettando+il+fascination
Capua I. Io trafficante di virus. Una storia di scienza e di amara giustizia. Rizzoli, Milano, 2017 (seconda ed.).
CREA-Ricerca da vedere. Biotech week 2024 - in campo con i geni – Primetta Faccioli, 24/09/2024. Su: https://www.youtube.com/watch?v=Hm7Uv7pa0kM&list=PLuHR_wWt4GLX9ynM5DD0I1vWcgVkgl2Oh&index=9
CREA. Grano del futuro: CREA e Microsoft insieme contro il cambiamento climatico. Rassegna stampa, 15/01/2025. Disponibile su: https://www.crea.gov.it/-/grano-del-futuro-crea-e-microsoft-insieme-contro-il-cambiamento-climatico
CREA. Intelligenza Artificiale in agricoltura: CREA e Microsoft insieme per decodificare il DNA di tutte le varietà di grano duro del pianeta. Obiettivo nuove varietà sostenibili e resilienti. Rassegna stampa, 09/01/2025. Disponibile su: https://www.crea.gov.it/-/intelligenza-artificiale-in-agricoltura-crea-e-microsoft-insieme-per-decodificare-il-dna-di-tutte-le-variet%C3%A0-di-grano-duro-del-pianeta.-obiettivo-nuove-variet%C3%A0-sostenibili-e-resilienti
Defez R. Il caso OGM. Il dibattito sugli organismi geneticamente modificati. Carocci editori, Città della scienza, Roma, 2014.
Epso. Fascination of Plants Day 2024. Su: https://epsoweb.org/all-events/fascination-of-plants-day-2024/
Fascination of Plants Day. Su: https://www.plantday.it/
Microsoft. Il CREA con la tecnologia Microsoft per il Progetto Pangenoma, un’iniziativa di ricerca per sviluppare una coltura del grano più sostenibile. 09/01/2025. Disponibile su: https://news.microsoft.com/it-it/2025/01/09/il-crea-con-la-tecnologia-microsoft-per-il-progetto-pangenoma-uniniziativa-di-ricerca-per-sviluppare-una-coltura-del-grano-piu-sostenibile/
Microsoft. Il puzzle della pasta: decodificare il DNA del grano duro per un futuro sostenibile. 09/01/2025. Disponibile su: https://news.microsoft.com/it-it/2025/01/09/il-puzzle-della-pasta-decodificare-il-dna-del-grano-duro-per-un-futuro-sostenibile/
Pianeta P.S.R. Strategie innovative per aumentare la resilienza dei cereali ai cambiamenti climatici: il progetto BOOSTER. Disponibile su: https://www.pianetapsr.it/flex/cm/pages/ServeBLOB.php/L/IT/IDPagina/3056%204
Saltini A. I semi della civiltà. Frumento, riso e mais nella storia delle società umane (prefazione di Luigi Bernabò Brea). Nuova Terra Antica ed., Firenze, 2009.
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.
Prendo a supporto di quanto dirò questa frase da te citata: "BOOSTER opera per individuare nei genomi delle piante particolari sequenze la cui funzione è correlata alla regolazione dei meccanismi di risposta alla siccità." Avere una sequenza genica nuova è importante, ma spesso la si trova nel genoma di una varietà che da un punto di vista agronomico è piena di difetti (vedi specie selvatiche di specie coltivate), ecco che il passaggio successivo è quello di disporre di varietà agronomicamente valide su cui innestare la sequenza genica nuova. E' il passaggio successivo che manca in assoluto in Italia. Certo la ricerca di base come l'individuazione di geni interessanti è prioritaria e quindi l'opera di questi ricercatori è altamente meritoria e deve essere valorizzata con il riconoscimento della proprietà intellettuale. Tuttavia mancando l'Italia di creazione varietale il risultato della ricerca è destinato ad emigrare laddove veramente si crea. Dato poi che si è nell'ambito del frumento duro e tenero, specie snobbate dalle multinazionali sementiere, occorre ricostituire una filiera italiana di sementieri privati che possano valorizzare le ricerche che si fanno a Fiorenzuola d'Arda. Altrimenti si "gioca per il re di Prussia".
RispondiElimina