Pubblicazione del CREA Viticoltura e Enologia di Bari su The Plant Journal

Un gruppo di ricercatori del CREA viticoltura e enologia di Bari, coordinato da Donato Antonacci , ha pubblicato sulla rivista internazionale The Plant Journal (ad impact factor pari a 6) la “prima mappa genomica di varianti strutturali inter-varietali nel genoma di vite”.

La pubblicazione rappresenta il risultato di una collaborazione con il dipartimento di Biologia dell’Università degli Studi di Bari, il Dipartimento di Bioinformatica dell’Università di Ankara (Turchia) e il coinvolgimento del Genome Center – University of Washington (USA) per il sequenziamento.

Di seguito, una sintesi della ricerca.

L’avvento della cosiddetta era “post-genomica” e delle moderne tecnologie “omiche”, hanno permesso di studiare e confrontare il genoma di molte specie sia animali, che vegetali. Tali studi hanno dimostrato che due individui appartenenti alla stessa specie non sono mai identici e che questa diversità fenotipica è il risultato di una diversità e variabilità presente nel genoma di ciascun individuo. Questo è quanto mai vero anche per la Vite, che è una delle specie che presenta la più ampia biodiversità. Comprendere le fonti di questa diversità, a livello genetico, è un traguardo molto importante da raggiungere per  capire cosa rende una varietà diversa dall’altra e identificare i geni responsabili di queste differenze.

Gli autori della ricerca hanno sviluppato un approccio testato fino ad ora solo sul genoma umano e dei mammiferi, ma completamente nuovo negli studi del genoma delle piante, che combina tecnologie di next generation sequencing, bioinformatica e altre tecnologie innovative come gli array, la PCR quantitativa e la FISH (ibridazione in situ fluorescente), per studiare le varianti strutturali nel genoma di Vite.  Grazie a questo lavoro è stato possibile dimostrare l’importanza delle varianti strutturali nel determinare la variabilità fenotipica esistente in questa specie e soprattutto è stato possibile identificare geni polimorfici come candidati per i principali caratteri di interesse nell’ambito del miglioramento genetico dell’uva da tavola.

Gli autori hanno sequenziato il genoma di quattro varietà di uva da tavola (due con semi e due apirene, in entrambi i casi con frutto di diverso colore, scelte fra quelle di maggiore importanza) confrontandoli tra loro e con il genoma di riferimento di vite (PN40024) e hanno dimostrato che circa il 26% del genoma di vite è caratterizzato da regioni plastiche (ricche cioè di duplicazioni e delezioni) e che l’8% del genoma di vite presenta delle differenze polimorfiche definite come Copy Number Variation (CNV) ovvero regioni che sono presenti nelle diverse varietà analizzate in un numero di copie differenti. Questo dato dimostra, in primo luogo, la grande variabilità esistente anche a livello genomico in questa specie. Gli autori hanno anche approfondito i loro studi cercando di capire cosa contengono queste regioni. Hanno così identificato moltissimi geni che sono presenti in un numero di copie differenti in una varietà rispetto all’altra.  Guardando alle funzioni di questi geni, hanno potuto collegare queste differenze a differenze nel fenotipo, identificando dei putativi geni candidati, ovvero possibili geni responsabili di alcuni tratti di interesse per il miglioramento genetico. Ad esempio sono stati identificati dei geni coinvolti nel metabolismo dei terpeni come possibili geni coinvolti nelle differenze del contenuto di sostanze aromatiche delle uve. Analogamente, sono stati identificati geni coinvolti nel metabolismo ormonale come possibili geni candidati nel determinare l’apirenia e la dimensione della bacca. Infine, sono state trovate differenze del numero di copie di geni coinvolti nella risposta agli stress sia biotici che abiotici; tali differenze potrebbero essere alla base della diversa risposta di una varietà rispetto ad un’altra a tali stress.

La ricerca dimostra l’importanza delle dette regioni nel genoma di vite e rappresenta pertanto un punto di partenza fondamentale per l’approfondimento sul ruolo di questi geni polimorfici nel determinare le differenze a livello fenotipico. Inoltre, la novità e l’innovatività della strategia utilizzata rappresentano un punto di riferimento per i futuri studi di genomica comparativa non solo per la Vite, ma anche per altre piante.

I risultati ottenuti sono già oggetto di ulteriori approfondimenti sull’ampia biodiversità di Vitis vinifera L. disponibile al CREA viticoltura e enologia di Bari, per dimostrare il reale coinvolgimento di questi geni in questi tratti qualitativi con lo scopo di definire le basi molecolari dei caratteri di interesse per il miglioramento genetico in vite. I risultati ottenuti, infatti, saranno la base fondamentale per poter definire marcatori molecolari intragenici (cioè direttamente all’interno del gene responsabile del carattere di interesse) da utilizzare nei programmi di miglioramento genetico in corso presso la struttura, ma anche e soprattutto per definire strategie di miglioramento genetico più mirato attraverso ad esempio nuove tecnologie di breeding come la cis-genesi e il genome editing.

 

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