Rino cella

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  • 1. Nuovi approcci per la propagazione e il miglioramento genetico di Vitis vinifera L.Rino Cella Dipartimento di Biologia e Biotecnologie

2. Nuovi approcci per la conservazione del germoplasma di vite Il patrimonio genetico e la sua evoluzione.Agricoltura e modificazioni genetiche Le piante GM: cosa e come sono, e come diventeranno. Viti GM 3. Coltura in vitro di vegetali 4. Esempio di utilizzo dellembriogenesi somatica per la conservazione di specie a rischio di estinzioneImproving somatic embryogenesis 5. Embriogenesi somatica in Vitis vinifera: scelta del mezzo di coltura ottimaleApplication Nro. CL3521-2008. (Tapia et al. (2009), J. Biotech. DOI 10.1016/j.jbiotec.2008.09.009 6. Rigenerazione clonale di piante di viteAnche se nel caso dellembriogenesi somatica la probabilit molto bassa, si possono ottenere varianti somaclonali. Tuttavia queste ultime possono fornire nuove variet. 7. In Thompson Seedless:In Red Globe:Activation using liquid media 8. CRIOCONSERVAZIONE Piante in propagazioneINCAPSULAZIONE +OSMOTOLLERANZATerreno di moltiplicazioneAlginato di sodio 3% (30 min)1mm apice100 mM CaCl2(30 min)(24 ore)Pretrattamento 0,75M Saccarosio (24ore)DISIDRATAZIONERiscaldamento RICRESCITASilica-gelCongelamento rapido(14 ore)Paris et al 2005 9. Panis et al. 2005 10. Il patrimonio genetico dinamico tutto scorre come un fiume Eraclito (535-475 BC)Il patrimonio genetico di un organismo soggetto a mutazioni indotte da cause interne ed esterne (da 1000 a 10.000 lesioni/cellula/giorno). La stragrande maggioranza di queste lesioni al DNA sono riparate dalla cellula ma alcune sfuggono ai processi di riparo dando luogo a mutazioni permanenti. Esistono inoltre alcune sequenze note come elementi trasponibili che si spostano da un punto allaltro del genoma. E stato recentemente osservato che lo spostamento di questi elementi favorisce la formazione di nuovi prodotti genici. 11. La trasmissione del DNA Linformazione genetica normalmente trasmessa dai genitori alla prole grazie alla riproduzione sessuale con una modalit definita verticale.Tuttavia, linformazione genetica pu essere trasmessa tra specie diverse in modo orizzontale o laterale: le cellule animali e vegetali cos come le conosciamo sono il risultato di un processo di inglobamento di batteri da parte di una cellula ancestrale che ha dato origine a mitocondri e plastidi. 12. Il trasferimento orizzontale o laterale molto pi diffuso di quanto si possa pensare (origine di mitocondri e cloroplasti, Drosophila ananassae /Wolbackia; cellule della mucosa intestinale), afidi fotosintetici. 13. Lagricoltura ha modificato la forma delle piante coltivateCon lagricoltura, la selezione naturale fu sostituita dalla selezione artificiale operata dalluomo. Rispetto alle piante progenitrici, le variet attualmente coltivate sono geneticamente modificate anche se inizialmente le modificazioni sono state ottenute inconsciamente selezionando mutazioni spontanee. 14. Esempio di selezione di mutanti spontanei 15. Alcuni caratteri genetici modificati dopo lintroduzione dellagricoltura CarattereEsempiPerdita di meccanismi di dispersione Perdita della dormienza Passaggio da perenne ad annua Perdita di produzione di frutti Perdita di produzione di semi Aumento del volume di Semi Frutti Organi di riservaFrumento, riso* Frumento, avena, riso Riso, segale, manioca lgname, patata dolce Banana, agrumi Fagioli Zucchini Manioca, carotaFonte: Adattato da J. Salick e L. Merrick.Alcuni ricercatori hanno recentemente isolato il gene di riso chiamato Shattering1 (SHA1), che responsabile della dispersione dei semi. La mutazione che controlla la perdita della dispersione riguarda il cambiamento di un singolo nucleotide (Lin et al, 2007 Planta Published online Jan 10th). 16. Riduzione dei fattori antinutrizionali Uno degli scopi del miglioramento genetico stato ed anche quello di ridurre o eliminare il contenuto di fattori antinutrizionali presenti nelle piante in qualit di sostanze di difesa contro predatori e patogeni ma ovviamente tossici anche per luomo. 17. Mutagenesi e miglioramento genetico 18. La produzione di piante GM/GE stata resa possibile dallintegrazione di due discipline: la coltura in vitro di cellule vegetalila tecnologia del DNA ricombinante 19. e grazie allaiuto del batterio Agrobacterium tumefaciens, un ingegnere genetico naturale 20. Metodi per ottenere piante transgeniche Avvenuto il trasferimento genico, per selezionare le cellule trasformate occorre un gene di selezione o marcatore (ad esempio che conferisce la resistenza ad un antibiotico). 21. Definizione di OGM o OGE A genetically modified organism (GMO) or genetically engineered organism (GEO) is an organism whose genetic characteristics have been altered by the insertion of a modified gene or a gene from another organism using the techniques of genetic engineering. (The American Heritage Medical Dictionary, Houghton Mifflin Company, 2007). 22. Il miglioramento genetico ottenuto per via tradizionale e quello mediante ingegneria genetica sono analoghi La commissione Splicing life, istituita dal Presidente degli USA nel 1982 su pressione di gruppi religiosi, e quella del National Research Council del 1989 hanno raggiunto la seguente conclusione: no conceptual distinctions exist between genetic modification of plants and microorganisms by classical methods or by molecular techniques that modify DNA and transfer genes.I diversi gruppi religiosi esprimono giudizi contrastanti sulla tecnologia del DNA ricombinante. Il Vaticano non si mai schierato contro gli OGM e, in alcune occasioni, ha espresso un giudizio di cauta apertura a patto che siano rispettati lambiente e il valore della solidariet tra Paesi ricchi e poveri. 23. Confronto tra incrocio sessuale e trasformazioneIl miglioramento mediante incrocio un processo lento e limitato alle specie sessualmente compatibili. Inoltre, esso causa il trasferimento incontrollato di sequenze di DNA per lo pi sconosciute. La tecnologia del DNA ricombinate e i metodi di trasformazione permettono di accelerare il processo di selezione di nuove variet; con questa tecnologia si superano le barriere di compatibilit sessuale tra le specie (e tra i regni degli organismi) e si inseriscono esclusivamente i geni desiderati. 24. Il gene di resistenza agli antibiotici pu essere sostituito da un gene marcatore alternativo Anche se quello del gene marcatore un falso problema, sono stati messi a punto metodi altri tipi di selezione. Una consiste nelluso del gene codificante la mannosio fosfato isomerasi (PMI). Le piante non sono in grado di utilizzare il mannosio quale sola sorgente di carbonio in quanto in mancanza di PMI accumulano mannose-6-phosphate MannoseMannose-6-phosphate PMIFructose-6-phosphate 25. Piante di pomodoro resistenti allerbicida Basta perch detossificano lerbicida 26. Piante GM con la tossina BtLa produzione della tossina Bt da parte del mais transgenico impedisce il ciclo biologico del lepidottero predatore. Nel caso del cotone Bt, il numero di trattamenti annui con pesticidi si riduce da 5-15 a 1-3. Se tutto il cotone coltivato nel mondo fosse Bt, si risparmierebbero 5300 tonnellate di pesticidi. 27. Piante GM resistenti a virusLuso di queste piante GM permetterebbe di aumentare la produttivit del 10-20% riducendo il consumo di insetticidi in quanto gli insetti sono i principali vettori di virus. 28. Piante transgeniche di pomodoro adatte alla crescita in terreni saliniBassa salinitControlloAlta salinitTrasformato 29. Frutti e fiori a lunga conservazioneTrasformatoControlloFrutti di pomodoro dopo 21 giorni dallinizio della maturazione. Usando la tecnica RNA antisenso per ACC ossidasi, le piante transgeniche producono il 5% delletilene prodotto da quelle non trasformate. Fiori di garofano ingegnerizzato per una ridotta produzione di etilene. 30. Golden Rice e Golden tuberGolden Rice 2: 31 mcg/g dry weight -carotene). Golden Tuber: 47 mcg/g dry weight -carotene dry). 31. Nature Biotechnology 2008, 26: 1301-08 32. Obiettivi della introduzione degli OGM/OGE Oltre agli usi biologici e medici, lingegneria genetica ha riguardato principalmente lagricoltura (il primo OGM/OGE fu commercializzato nel 1996).Il ruolo maggiore svolto dalla Monsanto che nel 2007 forn semi GM/GE per coltivare 125 milioni d Ha con una crescita del 13% rispetto al 2006. Due esempi di piante GM/GE sono: il Triple-stack corn, che fornisce la resistenza a due erbicidi, piralide e nematodi, e il cotone Bt. 33. Dibattito relativo alluso di OGM/OGE La possibilit di produrre e coltivare piante GM/GE ha innescato dubbi e paure (principio di precauzione) relative a paventati effetti dannosi sulla salute umana e sullambiente. Ci ha riguardato: - aumentata presenza di allergeni nel cibo- trasferimento di geni di resistenza agli antibiotici - trasferimento dei transgeni ad altri organismi mediante impollinazione incrociata (delle specie sessualmente compatibili) - perdita della biodiversit - considerazione etiche relative alla modifica del patrimonio genetico 34. Uso di organismi OGM/OGE in viticoltura e nella vinificazione 35. Possibili benefici derivanti dallus0 di viti GM/GE Viti GM/GE sono state ottenute in Cile, Francia, Germania, Sud Africa e Stati Uniti (Vigne et al 2004 Transgenic Research 13: 165-179). Recentemente anche in Italia. In particolare lattenzione rivolta alla produzione di cultivar caratterizzate da una maggior resistenza a varie patologie con il risultato di ridurre il rilascio ambientale di insetticidi e fungicidi e limitare i costi di produzione di uva. I geni utilizzati ed ingegnerizzati sono stati quelli codificanti PGIP di vite, chitinasi e glucanasi di lievito, peptidi antifungini, allo scopo di aumentare le difese antifungine. Inoltre, sono in corso ricerche per trovare nuovi geni di resistenza. 36. Sperimentazioni in campo Alle ricerche finalizzate allottenimen