Ottenere nuove bacche sostenibili di fragole, mirtilli e lamponi ad alto valore aggiunto garantendo la diversità genetica. È l’obiettivo del progetto Horizon2020 – BreedingValue, i cui risultati del primo anno di attività sono stati presentati all’università di Malaga. Le sperimentazioni hanno riguardato studi genomici per l’analisi della variabilità allelica esistente nel germoplasma di fragola, lampone e mirtillo presente in Europa; l’identificazione di marcatori molecolari e fenotipici per valutare la variabilità ottenuta dai programmi di miglioramento genetico; lo sviluppo di nuovi strumenti di fenotipizzazione basati sull’applicazione di nuove tecnologie (Nir, image analyses, metabolomica) per agevolare la fase di selezione delle nuove varietà migliorate; l’elaborazione di protocolli per l’applicazione della Life Cycle Analyses per definire la reale sostenibilità di nuove cultivar. Bruno Mezzetti, dell’Università Politecnica delle Marche e coordinatore del progetto, spiega le ultime sperimentazioni per nuove varietà di fragola, lampone e mirtillo migliorate.
Come si creano nuove cultivar migliorate?
Attraverso il breeding, tecnica che si muove tra due approcci opposti: creare e restringere la variabilità genetica. La tecnica per restringere la variabilità genetica è la selezione, l’attività principale del breeder. Ogni processo di selezione è l’inizio di un effetto a imbuto che caratterizza l’addomesticamento delle piante e corrisponde a una sorta di co-evoluzione. Confrontando la diversità genetica trovata in vecchie cultivar, cultivar moderne, nuove accessioni e materiale attualmente in fase di riproduzione, può essere osservato e valutato il potenziale del programma di breeding per lo sviluppo delle future cultivar.
Quali i vantaggi?
Le risorse genetiche più preziose possono essere definite e i futuri guadagni selettivi possono essere stimati per i caratteri target, come la resilienza ambientale e/o le caratteristiche organolettiche, nutraceutiche e sensoriali. L’obiettivo principale dello studio delle risorse genetiche è quindi espandere la diversità genetica, limitata dall’addomesticamento e dal breeding intensivo, per garantire lo sviluppo di cultivar in grado di far fronte alle sfide ambientali presenti e future, nonché soddisfare le richieste di mercato e le preferenze dei consumatori.
Quali nuovi strumenti genomici per il miglioramento della fragola e dei piccoli frutti?
Nella fragola sono stati sviluppati un gran numero di marcatori molecolari (array) ora utilizzabili contemporaneamente. Le due principali strategie basate su marcatori per il breeding, che permettono lo sviluppo di nuove cultivar con la massima efficienza, sono la selezione assistita da marcatori (Mas) e la selezione genomica (Gs). La Gs è uno strumento innovativo utile per prevedere con l’analisi dei parentali utilizzati la variabilità ottenibile nelle progenie per caratteri complessi di interesse agronomico. Nella fragola esempi di eredità complessa sono le resistenze poligeniche a patogeni come l’oidio (Podosphaera aphanis), l’arrossamento fogliare (Diplocarpon earlianum), la vaiolatura fogliare (Mycosphaerella fragariae).
Il progetto Breedingvalue come applica queste tecnologie?
Il principale obiettivo del nuovo progetto H2020 BreedingValue è caratterizzare a livello genomico il germoplasma di fragola e piccoli frutti esistente nei programmi di miglioramento genetico europei e identificare i geni che controllano i caratteri più interessanti a livello commerciale per renderli utilizzabili in altri programmi di incrocio. Come lo stiamo facendo? Combinando due approcci: l’identificazione di markers genetici e la costruzione di modelli di predizione genomica e studi di associazione sull’intero genoma. I primi identificano i caratteri relativi alla qualità del frutto, come i marcatori Agarose associati all’aroma (attualmente utilizzati dai breeders) e Microsatelliti e marcatori Affymetrix associati alle caratteristiche dei frutti come colore, acidità, zuccheri solubili. I markers genetici sono inoltre utili per le resistenze alle malattie nella fragola, e quindi per la diminuzione degli input di fitofarmaci.
Per quanto riguarda i modelli di predizione genomica, i nuovi approcci molecolari sono fondamentali per studiare i caratteri a ereditarietà complessa (poligenici), i più importanti per il valore commerciale di nuove cultivar di fragola. Nell’ambito del progetto BredingValue si utilizza un nuovo array 50k, sviluppato da Hardigan et al. (2019) sulla fragola coltivata (Fragaria × ananassa) e sui suoi ancestrali (F. chiloensis e F. virginiana). Questo array è impiegato per esplorare la variabilità esistente nei principali programmi di miglioramento genetico fragola attivi in Europa. Le analisi genomiche saranno effettuate da un laboratorio europeo altamente specializzato. I risultati saranno confrontati con quelli ottenuti da un programma simile realizzato negli Stati Uniti con il coordinamento dell’Università della California Davis.
Siete riusciti a misurare la diversità allelica della fragola?
Studi sulla fragola hanno dimostrato, mettendo a confronto cultivar antiche e moderne, che le cultivar recenti hanno perso il 35% di diversità allelica. Attraverso il nostro progetto abbiamo incluso vecchie cultivar del germoplasma, cultivar recenti, moderne e selezioni avanzate d’incrocio, disponibili dai programmi di miglioramento genetico dei diversi partners, e abbiamo avviato ampi campionamenti (più di 1.000 genotipi in totale) su ciascuna categoria di materiale genetico, per la genotipizzazione con l’array 50k, al fine di studiare i processi evolutivi susseguitisi nello sviluppo delle cultivar di fragola. L’obiettivo è stimare la differenziazione genetica tra le diverse categorie. Inoltre, associando i risultati della genotipizzazione con la fenotipizzazione di tutto il materiale sarà possibile identificare l’impatto della selezione sui caratteri quantitativi valutati e il livello di inbreeding raggiunto soprattutto nelle cultivar più recenti.
Come avete organizzato il lavoro in campo?
Il campionamento delle foglie dei genotipi analizzato con il nuovo 50k array è avvenuto in campo nel periodo di crescita vegetativa precedente il riposo invernale (mese di settembre). Per ogni genotipo sono state prelevate tre foglioline nuove, centrali, ancora non completamente distese, per ottenere DNA di miglior qualità. Le foglie di ogni genotipo sono state poste in una busta singola di plastica e mantenute in ghiaccio fino all’arrivo in laboratorio. Successivamente i campioni di foglie sono stati conservati in frigorifero, a circa 4 °C, fino al giorno successivo, in cui sono state poste nelle piastre per l’estrazione del Dna. Nella prossima primavera avremo i primi risultati dai campioni forniti dai diversi partner. Un gruppo specializzato in analisi bioinformatica continuerà con l’elaborazione dei dati di genotipizzazione combinandoli con quelli di fenotipizzazione che saranno rilevati nella prossima stagione produttiva.
I risultati di questo lavoro cosa comporteranno?
Permetteranno di analizzare la variabilità genetica, genomica e fenotipica del germoplasma di fragola attualmente disponibile a livello europeo, compreso quello presente nei centri di conservazione e nei principali programmi di miglioramento genetico pubblici e privati, al fine di identificare fonti genetiche più interessanti, promuovere la produzione di nuovo materiale di pre-breeding utile a velocizzare, anche mediante strumenti avanzati di caratterizzazione genotipica e fenotipica, l’ottenimento di nuove cultivar di fragola più competitive perché resilienti e di elevata qualità per il consumatore.
