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NUTRIRE IL PIANETA: ANDARE AVANTI O TORNARE INDIETRO?AVANTI O TORNARE INDIETRO?
Michele Morgante
UNEP «Environmental food crisis»
• 2050– Popolazione pianeta: + 2.7 miliardi
– Fabbisogno globale cibo: + 50%
• A tecnologia costante• A tecnologia costante– Livelli produttivi 5-25% < domanda globale
• Cambiamento climatico
• Degradazione suolo
• Perdita superfici coltivate
• Scarsezza risorse idriche
– Aumento prezzi globali cibo: +30-50%
PER NUTRIRE IL PIANETA NEL 2050
• Produttività
• Impatto ambientale
• Qualità e salute• Qualità e salute
AGRICOLTURA E PROGRESSO TECNOLOGICO
• Genetica (miglioramento genetico)
• Chimica
• Tecniche agronomiche• Tecniche agronomiche
Genetica: >50% di aumento produttività
ADDOMESTICAMENTO DELLE SPECIE COLTIVATE
7 ESPERIMENTI DI MODIFICAZIONI GENETICHE
MAIS E TEOSINTE
MIGLIORAMENTO GENETICO E INTROGRESSIONE DI CARATTERI VIA
REINCROCIO
MIGLIORAMENTO GENETICO E MUTAGENESI INDOTTA
• Mutageni chimici
• Mutageni fisici (radiazioni)
• Generano mutazioni casuali
• Si seleziona il fenotipo desiderato fra le piante mutagenizzate
MIGLIORAMENTO GENETICO E BIOLOGIA MOLECOLARE: PIANTE TRANSGENICHE
UN CONFRONTO FRA MODIFICAZIONI GENETICHE TRADIZIONALI E
MODIFICAZIONI TRANSGENICHEMODIFICAZIONI TRANSGENICHE
Semi bianchi e semi gialli
MAIS GIALLO E MAIS BIANCO
• Una modificazione genetica “naturale”
INTROGRESSIONE DEL COLORE GIALLO DEL SEME VIA REINCROCIO
500000 basi di DNA sono state trasferite
X
sono state trasferitenel mais modernoassieme all’allelegiallo:
circa una dozzina di geni
Geranylgeranyldiphosphate
Phytoene
Lycopene
Phytoene synthase (psy)
Phytoene desaturase (crtI)
ζ-carotene desaturase
MAIS GIALLO E CAROTENOIDI
Aumentare
l’espressione nel
seme
Lycopene
β-carotene
Zeaxanthine α-carotene
lutein
Lycopene β-cyclase (lcy)
β-hydroxylase
Provitamina A
Geranylgeranyldiphosphate
Phytoene
Lycopene
Phytoene synthase (psy)
Phytoene desaturase (crtI)
ζ-carotene desaturase
“GOLDEN RICE” E CAROTENOIDIUna modificazione genetica “artificiale”
Lycopene
β-carotene
Zeaxanthine α-carotene
lutein
Lycopene β-cyclase (lcy)
β-hydroxylase
Provitamin A
“GOLDEN RICE” E CAROTENOIDIUna modificazione genetica “artificiale”
I PROCESSI A CONFRONTO
• Incrocio e selezione:
efficace ma poco
preciso
• Ingegneria genetica:
efficace, precisa e poco
invasiva
vs.vs.
IL PAN-GENOMA NELLA REGIONE BZ1STRUTTURA E DIVERSITA’ DEI
GENOMI VEGETALI
• 99.2 % identità nei geni
• 98.8 % identità nelle regioniintergeniche
• Separatisi 5 milioni di anni fa
• Vecchi e stabili
Mais linea A Mais linea B
Scimpanzè Uomo
• 99.3 % identità nei geni
• 50% identità nelle regioniintergeniche
• Addomesticato 7000 anni fa
• Giovani e dinamici
Consumo di fungicidi in Francia
Fungicides (France)Fungicides (France)
3000030000
3500035000
4000040000
4500045000
CerealesCereales
CHI SI FERMA E’ PERDUTO: LA VITE
00
50005000
1000010000
1500015000
2000020000
2500025000
19921992 19931993 19941994 19951995 19961996 19971997 19981998 19991999
YearsYears
To
nn
es d
e m
ati
ère
s a
cti
ves
To
nn
es d
e m
ati
ère
s a
cti
ves
CerealesCereales
GrapevineGrapevine
Other cropsOther crops
E chi vuole tornare indietro?
COSA CI ASPETTA NEL FUTURO?
• E’ possibile identificare i geni responsabili per icaratteri di interesse agronomico– Lo sviluppo tecnologico e scientifico stanno accelerando il
processo
• Selezione assistita da marcatori• Selezione assistita da marcatori– Sfrutta la variabilità esistente– Ricerca di mutazioni rare possibile
• Modificazioni mirate dei geni– Crea nuova variabilità– Mutagenesi chimica seguita da ricerca dei mutanti desiderati– Mutagenesi in planta guidata da oligonucleotidi per produrre
le mutazioni desiderate– Approccio transgenico o cisgenico
MIGLIORARE L’EFFICIENZA FOTOSINTETICA
IL PROGETTO RISO C4
MODIFICAZIONI GENETICHE ED AGRICOLTURA
• Diminuire input– Fertilizzanti
– Acqua
– Erbicidi
– Pesticidi– Pesticidi
– Fungicidi
• Aumentare produttività– Soddisfare bisogni alimentari paesi emergenti
• Migliorare qualità
• Concentrarsi sui prodotti e non sui processi
