Biotecnologie Vegetali per Diegnare la Pianta del
Futuro
Antonio Michele Stanca
U N A S A- AISSA-UNIMORE
Orvieto 28 settembre2013
Nazareno Strampelli
Mendel
Norman Borlaug
Model of the Breeding progress in the last 100
years
Neolitico
500
semi/m2
1-1.5 q/ha
Post-Mendel
8.000 semi/m2
25 q/ha
Periodo
Romano
Rinasciment
Pre-Mendel
2.000 semi/m2
4-5 q/ha
3.000 semi/m2
6-8 q/ha
1970
semi/m2
14.000
50 q/ha
Oggi
20.000 semi/m2
90-100 q/ha
GENETICA
GENOMICA
studia il
Genoma
(l’intero
contenuto di
DNA di una
Cellula)
• identify the POSITION
of genes controlling
useful traits and tag
them with molecular
markers;
• ISOLATE the genes
encoding for useful
traits for further geneimprovement
ACCGTTGGACCATGGATACTAATGG
• The DNA based
knowledge can lead to:
MAS=Molecular Assisted Selection
12/06/0828/11/07
Organismo geneticamente modificato
(OGM)
Un organismo il cui materiale genetico è
stato modificato in modo diverso da
quanto si verifica in natura mediante
incrocio o con la ricombinazione genetica
naturale
ORGANISMI GENETICAMENTEMODIFICATI – OGM
INDIVIDUI CHE SI OTTENGONO MEDIANTE TRASFORMAZIONE
GENETICA E PRECISAMENTE INSERIMENTO NEL GENOMA
DELLA PIANTA TARGET MEDIANTE INGEGNERIA GENETICA DI
UNASEQUENZADI DNA-GENE– PROVENIENTEDALLASTESSA
PIANTA O DA ALTRI ORGANISMI FILOGENETICAMENTE VICINI
OCOMPLETAMENTEESTRANEI.
OGM DAL PUNTO DI VISTA LEGALE VIENE DEFINITO COME:
“UN ORGANISMO IL CUI MATERIALE GENETICO E’ STATO
MODIFICATO IN MODO DIVERSO DA QUANTO SI VERIFICA IN
NATURA MEDIANTE INCROCIO O CON LA RICOMBINAZIONE
GENETICANATURALE”
A) Malattie iperplastiche
Agenti: A. tumefaciens e rhizogenes, P. syringae savastanoi e avellanea
Transfer
Il T-DNA è trasferito
nel genoma della
pianta
Integration
Expression
3'- LB- T-DNA -RB-5'
PLANT
TRANSFORMATION
Bt or non Bt?
5 Stati
14 anni
Riduzione della popolazione di piralide sino
al 70% nei campi convenzionali NON Bt
Hutchison et al. 2010 Science
1998
«tradizionale»
COSTANZA
«isogenico Bt»
Lodi, azienda Bianchini-Elias (oggi Assessore all’Agricoltura in Lombardia)
5 ottobre (foto Maggiore)
FUSARIUM spp
LARVA PIRALIDE
P66
Landriano (PV) , Az. Menozzi, settembre 2005 (foto Maggiore)
P67 (Bt)
Ibridi
Resa dt/ha
U%
Fori stocco
n°
14% U
Fori spiga Fori pedunc.
n°
n°
Gallerie
Fusarium
Fumosi-
cm/pianta
spiga %
na
(ppb)
ELGINA
141
23,5
0,8
48
0,06
CECILIA
110
21,3
159
26,7
MEDIA
111
130,25
21,3
23,2
0
6100
1,66
19,92
23
0,75
60
0,02
P66
0,44
6,31
1,36
P67
0,15
0,16
0,7
0
9,54
4,35
6300
3,26
4,7
2,58
1,14
68,53
22,4
29
26
3127
P66
P67
Visione del campo al momento della raccolta dopo aver eliminato il bordo centrale
Oltre i Transgenici
Nature Biotec (marzo 2012)
• L’ingegneria genetica di “prima generazione” ha
permesso di inserire tratti di DNA a random nel genoma
• Cellule vegetali ingegnerizzate per produrre molecole
utili-non OGM• Zinc Finger Nucleasi-ZFN- Inserimento del gene in
modo mirato mediante riconoscimento di siti specifici nel
genoma
• Cisgenesi ( non OGM?) e Intragenesi
• GRAFTING
• Modificazione Epigenetica ( metilazione-silenziamento)
2005
MORE EFFICIENT
AGRICULTURE
Herbicide tolerance
Insect resistance
2015
2025
HEALTHIER NUTRITION
and QUALITY
Aminoacids, oil, starch
PLANTS AS FACTORIES
Vitamins, long-chained fatty acids,
omega 3 fatty acids, enzymes,
PEST PROTECTION
biopolimers,
Virus, nematode, fungi, insects Pigments, pharmaceuticals, fiber.
STRESS PROTECTION
Cold, drought, salinity
Seralini et al. 2012
Maize NK603
EFSA
Insufficient Scientific Quality
BREEDING by DESIGN
Integration of
•
•
•
•
•
•
•
GENETICS
Molecular Genetics
Molecular Breeding
Physiology
Food Technology
Bioinformatics and Statistics
Agronomy
SYSTEMS BIOLOGY
,
GENOTYPING
PHENOTYPING
GAS = Genomic Assisted
Selection
Centrodi Ricerca
per la Genomica
Selezione basata su migliaia/decine di migliaia di tratti di DNA
PLANT for the Future
NUE e WUE MIRNA
Potenzialità
e Stabilità
25-30000 semi/m2
120-130q/ha
METAGENOMIC
PLANT-soil-microbeinteraction
ROOTS
SYSTEMS BIOLOGY
and Beyond
• Vibrant and Competitive
Research
• More SCIENCE in
AGRICULTURE
• SCIENCE FOR FARMING
Breeding is not Art
Filmato RNA
Molecular mechanisms of polyploidy and hybrid vigor.
A molecular clock model
explains the basis of
heterosis.
In the hybrids, the allelic
interactions between
parent 1 (P1) and parent
2 (P2) induce epigenetic
repression of CCA1 and
LHY expression
amplitudes (red dashed
line) and upregulation of
TOC1 expression
amplitudes (green
dashed line) relative to
the expression values in
the parents (solid red
and green lines,
respectively), whereas
the periodicity of the
clock remains the same
because maintaining
clock periodicity and
rhythm is important for
plant growth and fitness
Trends Plant Sci. 2010 Feb;15(2):57-71.
FACE-Free-Air CO2 Enrichment- is considered the most advanced
technology to investigate experimentally the impact of rising
atmospheric CO2 on terrestrial ecosystems
Effect of elevated CO2
on oat yield and quality traits?
A rings of the FACE facility installed in
Fiorenzuola d’Arda with its control unit
SCIENZA e AGRICOLTURA
Complementari……………………90.2%
Incompatibili…………………..…….9.8%
Chi SONO?
Pontecorvo e la Scperta del Neutrino
Giovani Studenti e Professori
DOMANDA:Ma i neutrini cosa portano ai
Kolkhoziani di RYAZAN?
Risposta:Per ora il neutrino non dà nulla ai
Kolkhoziani né a chiunque altro
Modo per affermare che la ricerca spesso non dà
un risultato immediato ai contadini e agli operai
Modo elegante per affermare l’autonomia della
ricerca
22 maggio 2009