Fonte dell'immagine Genome engineering for crop improvement and future agriculture Plant breeding techniques

Fin dalla rivoluzione verde, quando iniziarono ad essere diffuse in tutto il mondo le varietà genetiche migliorate, le caratteristiche fenotipiche oggetto di interesse furono: un'altezza ottimale delle piante (per non essere abbattute, per esempio, dal vento), un'elevata produttività e qualità dei semi e dei frutti, un'ottima resistenza agli stress biotici (i parassiti) e abiotici (per esempio la siccità), un'efficiente capacità della pianta di distribuire i nutrienti prodotti dalla fotosintesi e i sali minerali assorbiti dalle radici. Sono quattro le tecniche genetiche utilizzate per introdurre questi caratteri fenotipici desiderabili nelle piante. Si tratta delle tecniche utilizzate negli ultimi sessanta anni, da quelle tradizionali, basate sugli incroci e la selezione artificiale, a quelle di ingegneria genetica, basate sui progressi della biologia molecolare. Il primo metodo, usato dai tempi dei tempi, è l'incrocio controllato tra varietà coltivate con altre, per esempio selvatiche, aventi la caratteristica fenotipica desiderata. Ci vogliono circa 10 anni prima di ottenere una linea coltivabile con il carattere fenotipico introgresso, come si dice. Il secondo metodo, che è stato ampiamente utilizzato anche per ottenere cultivar di mele molto diffuse commercialmente, è basato sulla mutagenesi casuale e la selezione di fenotipi desiderabili dai mutanti. Anche in questo secondo caso passano anni prima di ottenere la varietà da coltivare in campo, a causa della necessità di ulteriori incroci. Inoltre, non sempre si riesce a inserire il carattere desiderato preservando tutti quelli della varietà coltivata, perché il crossing-over rompe, a volte, le associazioni fisiche tra geni, mescolando caratteristiche desiderabili con altre meno buone da un punto di vista agronomico. Il terzo metodo riguarda l'introduzione di un transgene e la produzione di un organismo geneticamente modificato (OGM). Anche questo è un procedimento laborioso e lungo. Il transgene viene spesso inserito casualmente nel genoma e, inoltre, la commercializzazione di varietà OGM è severamente regolamentata in alcuni paesi, tra cui l'Italia (leggi anche OGM in Italia: la ricerca negata). Il quarto metodo si avvale di una tecnologia che ha letteralmente rivoluzionato la biologia molecolare dal 2012, anno della sua introduzione, e potrebbe rappresentare una concreta soluzione al problema della produzione sostenibile di cibo per un'umanità che presto arriverà a dieci miliardi di individui. Questo metodo è noto come genome editing o genetic editing e la tecnica che lo ha reso facile da realizzare è conosciuta con l'acronimo CRISPR. Per approfondire questa recente importante innovazione di ingegneria genetica potete leggere questi tre approfondimenti:
1-CRISPR. È rivoluzione in biologia molecolare
2-CRISPR: la rivoluzione continua
3-CRISPR: potente, in mani esperte...

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È significativo parlare di CRISPR quest'anno perché le due scienziate che hanno scoperto il meccanismo molecolare alla base di questa tecnologia sono state insignite del premio Nobel per la chimica lo scorso ottobre 2020. Si tratta di Emmanuelle Charpentier e Jennifer A. Doudna (The Nobel Prize in Chemistry 2020). Alla notizia del premio ottenuto con la collega Jennifer, Emanuelle Charpentier ha commentato così "My wish is that this (their win) will provide a positive message to the young girls who would like to follow the path of science, and to show them that women in science can also have an impact through the research that they are performing". Emanuelle e Jennifer sono due esempi di scienziate di successo, a capo di due dei gruppi di ricerca più attivi in tutto il mondo. Sono state capaci di portare avanti una ricerca di base di frontiera che le ha condotte in brevissimo tempo al premio Nobel. Un esempio da seguire per tutte le giovani ragazze che amano la scienza. Emanuelle e Jennifer, studiando la difesa dei batteri dai virus, hanno capito che potevano prendere in prestito un meccanismo molecolare molto efficiente usato da questi microorganismi. Si tratta di enzimi, noti come endonucleasi, che possono essere programmati, grazie a uno stampo a RNA, affinché effettuino una mutagenesi sito specifica del gene che si vuole cambiare, facendolo direttamente nel genoma dell'organismo studiato. La procedura molecolare è veloce, precisa e non prevede l'introduzione di un "transgene" nell'organismo modificato, anche se, ovviamente, la sequenza di interesse mutata sarà poi uguale a quella dell'allele da introdurre, copiato da un'altra varietà. Nelle piante la tecnica ha avuto un grande successo. Può essere usata non solo per introdurre modifiche di singole basi nucleotidiche, ma anche di interi geni (alleli), più geni contemporaneamente o anche porzioni di cromosoma. Nelle piante i caratteri fenotipici che generalmente si vogliono migliorare sono determinati da più geni e influenzati dall'ambiente. Si tratta, cioè, di caratteri genetici complessi, non mendeliani. Avere una tecnica come il CRISPR che permette una variazione di più alleli contemporaneamente è l'unica possibilità per avere successo nel miglioramento genetico dei fenotipi che dipendono da questi caratteri poligenici. Per portare alcuni esempi, ci sono gruppi di ricerca che stanno usando il CRISPR per produrre grano senza glutine, un'ottima soluzione per tutti i celiaci. Altri ricercatori sono concentrati nel produrre piante ad elevato valore nutritivo, da usare per avere un cibo di origine vegetale in grado di fornire, per esempio, più proteine e limitare l'uso della carne, il cui consumo eccessivo ha effetti ambientali devastanti. La biologia sintetica è già una realtà: piante produttive, resistenti a parassiti e intemperie, ricche di nutrienti, la cui coltivazione non ha bisogno di pesticidi e, forse, neanche di molta acqua. Le varietà sintetiche potrebbero rivoluzionare la produzione di cibo anche nei paesi del terzo mondo e l'obiettivo 2, Zero Hunger, potrebbe essere facilmente raggiunto. Questa è sostenibilità.
Speriamo, allora, che sia la scienza a guidare la seconda rivoluzione verde per arrivare entro il 2030 a cancellare la vergogna della fame nel mondo.

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)