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Blumen: svelato il genoma del finocchio

La società Blumen Group SpA, leader nella produzione di sementi e prodotti per l'orticoltura e il giardinaggio, sia nel settore professionale, con i marchi Four, Olter e T&T, che in quello hobbistico, attiva da molti anni in progetti di ricerca e sviluppo, comunica di avere recentemente svelato il genoma e il trascrittoma di finocchio (la sequenza del DNA che nel suo complesso include tutti i geni e l'insieme dei relativi trascritti o RNA messaggeri).


Parte edule (grumolo) di una pianta della varietà Blumen impiegata per il sequenziamento del genoma di finocchio

Si tratta di un risultato straordinario – afferma l'Amministratore Delegato della società, l'Ing. Roberto Tencani – conseguito nell'ambito di una convenzione stipulata con l'Università degli Studi di Padova, grazie anche al contributo scientifico fornito dal gruppo di ricerca guidato dal Prof. Gianni Barcaccia e attraverso una stretta collaborazione con il settore di ricerca e sviluppo interno di Blumen Group, rappresentato dalla Dott.ssa Elena Avite.

I progetti, avviati nel 2015, ci hanno permesso di decifrare una prima lista comprendente migliaia di geni del finocchio, per la prima volta a livello mondiale. Tale conseguimento rappresenta una conquista della genetica agraria italiana e apre nuovi orizzonti per la ricerca di base e applicata in questa specie. Infatti, le informazioni acquisite saranno prontamente utilizzabili non solo per migliorare il panorama varietale ma anche per salvaguardare il germoplasma italiano di finocchio, pianta molto importante come alimento tipico e distintivo della dieta mediterranea, soprattutto per le sue caratteristiche nutraceutiche e organolettiche, alla base del sapore, con un ruolo rilevante perfino nell'industria cosmetica e farmaceutica grazie alle molecole aromatiche di cui i suoi oli essenziali si compongono.


Profili di marcatori molecolari (SSR o microsatelliti) utili per il miglioramento genetico finalizzato alla costituzione di nuove varietà di finocchio

Il finocchio (Foeniculum vulgare Mill.) è una pianta erbacea, appartenente alla famiglia delle Apiaceae – anche dette Ombrellifere – originaria dell'Europa meridionale e coltivata in tutti i Paesi del Mediterraneo. In Europa come in Italia, il finocchio è utilizzato in tutte le sue parti (frutti, semi, foglie e radici) per scopi culinari e/o curativi. Sebbene il finocchio abbia una notevole rilevanza economica, ad oggi sono ancora pochi i dati biologici e genetico-molecolari disponibili per questa specie orticola.

In anni recenti, la collaborazione tra mondo imprenditoriale e ricerca universitaria in agricoltura, da una parte, e l'applicazione delle più moderne e avanzate tecnologie di genomica e bioinformatica, dall'altra, hanno consentito di sequenziare i geni di finocchio e di annotarne i loro trascritti. Finora, gli studi di genomica e trascrittomica orientati al settore agro-alimentare e, più specificatamente, a quello orticolo, hanno riguardato prevalentemente la famiglia delle Solanaceae (pomodoro, peperone, melanzana, patata) mentre è la prima volta che una simile ricerca si realizza nel finocchio. Inoltre, sempre nel settore orticolo – spiega l'Ing. Tencani – la collaborazione di Blumen Group con l'Università di Padova e il Prof. Barcaccia è attiva anche su altre specie di interesse nazionale e locale, come ad esempio il radicchio in cui è stato sviluppato e recentemente concesso un brevetto europeo (n. 11722070.7) riguardante la scoperta della maschiosterilità e il suo impiego per la costituzione di varietà ibride F1.


Matrice di similarità genetica calcolata tra i genotipi usati per il sequenziamento del trascrittoma fogliare di finocchio basata su polimorfismi per singoli nucleotidi (SNP)

Lo studio sul genoma e il trascrittoma di finocchio ha svelato il numero, la gamma e la sequenza dei geni di cui è composto. Ciò rappresenta un progresso scientifico significativo che crea i presupposti per ulteriori conquiste della ricerca di base e applicata in questa specie, fornendo al contempo grandi benefici in termini di competitività nel settore del miglioramento genetico tradizionale finalizzato alla costituzione di nuove varietà di finocchio. Le informazioni ottenute saranno cruciali per sviluppare nuovi saggi diagnostici basati su marcatori molecolari utili ai fini della selezione genetica, così come per individuare le varie regioni cromosomiche dove risiedono geni che controllano caratteri agronomici rilevanti. Inoltre, si potrà contare su un numero molto elevato di marcatori molecolari (soprattutto polimorfismi del DNA di tipo SSR e SNP) dispersi nei vari cromosomi di finocchio che potranno essere utili per rendere più rapide e accurate le procedure già in uso per sviluppare e tutelare le nuove varietà. Si tratta di procedure moderne di miglioramento genetico, cosiddetto assistito da marcatori molecolari (MAB), che facilitano la costituzione di ibridi F1 potenzialmente in grado di combinare caratteristiche che nel finocchio sono alla base di qualità e tipicità, con quelle che determinano uniformità e produttività. Inoltre è importante sottolineare che tali procedure prevedono comunque il ricorso a metodi tradizionali di selezione e si contrappongono a quelle basate sull'uso di organismi geneticamente modificati (OGM).

Nell'immagine a destra (clicca qui per un ingrandimento): enzimi chiave (riportati in rosso) della via biosintetica dell'Anetolo, composto aromatico presente negli oli essenziali di finocchio, i cui geni e trascritti sono stati identificati nell'ambito di questo progetto di ricerca

I risultati di queste ricerche sono stati riassunti in due articoli scientifici in corso di pubblicazione su quotate riviste internazionali con revisione paritaria. Un'analisi citometrica preliminare – la prima eseguita in questa specie – ha permesso di stimare la dimensione del genoma di finocchio, corrispondente a 1.345 Mb (milioni di nucleotidi). L'assemblaggio della prima bozza del genoma e la sua successiva annotazione hanno permesso di rilevare e caratterizzare migliaia di geni e oltre 100.000 regioni microsatelliti (SSR). Alcune di queste sono state scelte e sfruttate per sviluppare marcatori molecolari idonei all'esecuzione di analisi di genotipizzazione per misurare stabilità, diversità e identità genetica delle varietà sperimentali e commerciali della nostra società. L'integrazione dei dati fenotipici, acquisibili in campagna, con quelli genotipici, ottenibili in laboratorio, ha inoltre permesso di tracciare le linee guida più appropriate per la realizzazione di schemi di miglioramento genetico assistito da marcatori molecolari nel finocchio.

Sfruttando le più moderne tecnologie NGS, abbiamo anche sequenziato e annotato il primo trascrittoma fogliare di finocchio usando quattro differenti genotipi varietali e seguendo due diversi approcci bioinformatici: un assemblaggio de novo, senza l'ausilio di un genoma di riferimento, e un assemblaggio ex post, cioè un assemblaggio del trascrittoma guidato sulla base del genoma. Combinando queste due tipologie di dati è stato prodotto il primo trascrittoma di riferimento per il finocchio. Dei loci ottenuti è stato possibile annotare oltre 47.000 trascritti, con circa 12.000 geni la cui regione codificante è pari all'intera lunghezza putativa. Merita rilevare che le analisi bioinformatiche hanno permesso di identificare e annotare anche i geni relativi alla via biosintetica dell'anetolo, un composto aromatico contenuto negli oli essenziali del finocchio che contribuisce al sapore caratteristico di questa pianta. In particolare, l'anetolo è noto per i suoi numerosi impieghi commerciali in molti settori industriali, incluso quello agro-alimentare e farmaceutico, soprattutto per la sua capacità di ridurre i dolori gastro-intestinali spasmodici lievi e per la sua attività antitrombotica e ipotensiva.

Complessivamente, i dati molecolari acquisiti nell'ambito di questi progetti finanziati da Blumen Group SpA rappresentano non solo una preziosa risorsa di informazioni sfruttabili nel breve periodo sia per la costituzione di nuove varietà che per la loro protezione legale, ma nel medio periodo creano anche i presupposti per studi approfonditi su migliaia di geni, compresi quelli coinvolti nella biosintesi di metaboliti di interesse salutistico e farmaceutico, come l'anetolo.

Data di pubblicazione: 22/01/2018



 


 

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