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