I ricercatori completano la mappatura dei genomi delle varietà Frantoio e Leccino
Dopo due anni di meticoloso lavoro, i ricercatori sono un passo più vicini a capire perché alcune olive siano più resistenti agli effetti dei cambiamenti climatici.
Un gruppo internazionale di ricercatori ha mappato il genoma completo delle varietà di olivo Leccino e Frantoio.
La mappatura genomica delle due cultivar autoctone italiane, oggi coltivate in decine di paesi, consentirà ai ricercatori di metterle a confronto e aprirà la strada a una comprensione più approfondita della genetica dell’olivo.
“In tempi di cambiamenti climatici, conoscere meglio la genomica dell’olivo significa capire meglio come questi alberi reagiscono a fattori di stress ambientali importanti e talvolta nuovi”, ha affermato Luca Sebastiani.
Il sequenziamento ci permette di disporre di un vocabolario con cui comprendere perché queste due cultivar sono diverse.
Il co-coordinatore dello studio, che è anche professore ordinario di scienze orticole presso la Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, ha dichiarato a Olive Oil Times che la genomica potrebbe portare a oliveti più resilienti nel bacino del Mediterraneo.
“Per adattarci ai cambiamenti climatici, abbiamo bisogno di genotipi resistenti, oltre che di tecniche agronomiche adequate”, ha detto Sebastiani. “Se l’acqua scarseggia, ci sarà bisogno di irrigazione, ma anche di cultivar che utilizzino l’acqua in modo efficiente. Ci sono anche sfide legate all’aumento delle temperature, alla sensibilità a nuovi agenti patogeni e agli attacchi di insetti”.
“La mappatura genetica è uno degli strumenti che ci permette di trovare soluzioni più rapidamente”, ha aggiunto.
Sebbene l’editing genetico dell’olivo sia ancora agli albori, il confronto tra i genomi delle due cultivar potrebbe portare a alberi più resistenti più rapidamente rispetto ai programmi di selezione tradizionali.
Genetica vs genomica
La genetica è lo studio dei singoli geni, di come influenzano i tratti e l’eredità. La genomica è lo studio di tutti i geni nel genoma e delle loro interazioni tra loro e con l’ambiente.
Sia il Frantoio che il Leccino sono ben documentati nella letteratura scientifica, così come il loro comportamento quando devono affrontare lo stress ambientale.
“Le loro reazioni allo stress, sia alla siccità che, in particuolare, alla salinità, sono modelli molto interessanti, perché il Frantoio è tolerante, mentre il Leccino lo è meno”, ha detto Sebastiani.
“Lavoriamo da anni per spiegare il meccanismo alla base di questa differenza, ma senza dati genomici era sempre difficile comprendere appieno quali geni potessero essere coinvolti”, ha aggiunto.
Vedi anche: Le olive con un maggiore contenuto di fenoli sono più resistenti all’antracnosi“Il sequenziamento ci fornisce un vocabolario con cui comprendere perché queste due cultivar siano diverse”, ha osservato Sebastiani.
Secondo i ricercatori, la pratica comune di selezionare le varietà di olive attraverso l’allevamento tradizionale richiede molto tempo e non sempre produce i risultati migliori.
Nel loro articolo, i ricercatori hanno osservato che si ottengono risultati contrastanti poiché “mancano in gran parte informazioni molecolari precise sulla localizzazione e la struttura dei geni”. Ci sono voluti più di due anni agli scienziati per completare la mappatura.
«Ci siamo riusciti grazie ai fondi del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza italiano e al fatto di essere un gruppo piuttosto numeroso», ha detto Sebastiani, che comprendeva anche colleghi dell’Università dell’Arizona e della King Abdullah University of Science and Technology in Arabia Saudita.
In entrambe le cultivar è stata riscontrata un’alta percentuale di ripetizioni terminali lunghe (LTR), a indicare una significativa somiglianza nel loro genoma.
Le sequenze ripetute di DNA non sono casuali, poiché sono plasmate dall’evoluzione e possono svolgere ruoli importanti, come quello di aiutare a mantenere la stabilità e l’integrità del genoma.
“Non sappiamo ancora molto bene come interagiscano le diverse parti del genoma”, ha detto Sebastiani. “Ora che disponiamo di queste informazioni su diverse cultivar, possiamo iniziare a cogliere tali differenze, e questo potrebbe aiutarci a comprendere meglio la specie nei prossimi anni.”
Ha paragonato la sfida che i ricercatori hanno dovuto affrontare nel mappare i genomi delle due cultivar al completamento di un puzzle, in cui metà dei pezzi raffigurano un cielo azzurro e limpido.
“In un caso del genere, unire i pezzi del puzzle è molto più complicato rispetto a uno che presenta molte variazioni”, ha detto. “Questo è un problema nelle olive, perché abbiamo molte regioni altamente ripetitive.”
Individuare la posizione dei geni all’interno di un genoma è fundamentale per trasformare le sequenze di DNA grezze in noumezate pratiche, e aiuta i ricercatori a collegare un gene a un tratto specifico, come la resa, la composizione dell’olio o la resistenza a parassiti e malattie.
Questa conoscenza accelera i programmi di selezione, sostituendo la selezione lenta e casuale con approcci mirati.
La posizione dei geni rivela anche come questi vengono regolati e interagiscono, offrendo approfondimenti sull'adattamento e la domesticazione.
Nel caso delle olive, mappe accurate consentono agli scienziati di confrontare le cultivar, rintracciare i cambiamenti evoluzionisti e progettare strumenti di precisione come l’allevamento assisisto da marcatori o l’edizione genetica per sviluppare varietà più resistenti e di alta qualità.
"Questa mappatura di alta qualità può essere effettuata solo quando si dispone di tecniche in grado di sequenziare frammenti molto grandi, il che rende il processo più semplice", ha affermato Sebastiani.
“Nel corso degli anni, c’è stata un’enorme evoluzione nelle tecniche”, ha aggiunto. “Oggi abbiamo PacBio, che permette il sequenziamento di frammenti di DNA più lunghi, cosa che prima non era possibile”.
In uno stato di stress, come quello indotto dalla salinità del suolo o dalla siccità, possono essere coinvolti solo pochi geni, con differenze osservate tra le due cultivar.
«Una piccola differenza nella struttura del gene, o anche nella regione promotrice che regola l’entità della funzione del gene, può far sì che un gene non funzioni affatto, o sia meno attivo, o sia più attivo», ha detto Sebastiani.
Ha aggiunto che identificare e compreendere le differenze è dificile.
«Se capisco che un gene coinvolto in un certo tipo di stress ha una struttura nel Frantoio e un’altra nel Leccino, e funziona meglio nel Frantoio e peggio nel Leccino, allora posso anche utilizzare tecniche di analisi dell’espressione genica, con il sequenziamento dell’RNA o altre tecnologie, per vedere se quella variazione strutturale influisce sull’attività”, ha detto Sebastiani.
“Se scopro che è così, ora disponiamo anche dell’editing genetico”, ha aggiunto. “Nelle olive non è ancora molto efficace, ma potrei riscrivere il gene del Leccino per imitare la forma del gene del Frantoio, trasferendo quell’informazione in modo che funzioni in modo diverso.”
Tuttavia, Sebastiani ha spiegato che la ricerca sull’editing dei geni dell’olivo è ancora nelle prime fasi di sperimentazione rispetto ad altre specie.
“Con il mio gruppo lavoro anche sul pioppo [il genere che comprende 35 specie di salici]”, ha detto Sebastiani. “Nel pioppo, siamo già in grado di farlo. Negli olivi, il problema sono ancora le difficoltà di trasformazione con queste tecniche di editing; potrebbero volerci anni.”
Sebbene ci siano stati rapidi progressi nella tecnologia di modifica genetica, Sebastiani ha riconosciuto che era impossibile stimare quanto tempo ciò potesse richiedere.
Tuttavia, si aspetta che il rapido sviluppo della genomica e delle tecnologie correlate possa avere un impatto in un tempo relativamente breve rispetto agli approcci precedenti.
“Oggi, anche utilizzando tecniche tradizionali ma con l’ausilio della biologia molecolare, se incrocio Leccino e Frantoio per trasferire la tolleranza al sale, dovrei aspettare che la pianta cresca e poi testarla. Ciò richiede molto tempo”, ha affermato.
«Se invece cerco direttamente la struttura del gene, posso già rintracciarlo con la genomica o altre tecniche», ha aggiunto Sebastiani. «Oggi posso persino sequenziare l’intero genoma a costi ridotti e, dato che ho già il genoma di riferimento, posso vedere esattamente dove si trova quel gene e in quale posizione».
“Potrei prendere il Leccino, sapendo che due o tre geni aumentano la tolleranza, e modificare solo quelli”, ha osservato. “Con l’editing, se tutto funzionasse, in uno o due anni si potrebbe fare in laboratorio. Sarebbe un grande passo avanti”.
La genomica e la mappatura dei geni dell’olivo potrebbero aprire la strada a un nuovo approccio alla coltivazione dell’olivo.
Mentre l’agricoltura tradizionale spesso coinvolge oliveti secolari, i nuovi oliveti piantati con le varietà di olivo modificate geneticamente potrebbero rivelarsi cruciali per sosterre la produzione in un contesto di clima mediterraneo più caldo e secco.
"Queste nuove conoscenze potrebbero tradursi in cambiamenti in termini di produttività, innovazione e soluzioni per i coltivatori", ha affermato Sebastiani.
Il gruppo di ricerca utilizzerà le nuove informazioni genomiche per comprendere più a fondo le differenze tra le due cultivar in risposta allo stress salino.
“Abbiamo anche in programma, se possibile, di sequenziare altre varietà che ci interessano per le loro risposte ad altri stress, compresi gli inquinanti”, ha concluso Sebastiani. “Utilizzeremo sicuramente la genomica per comprendere meglio i meccanismi”.