BIOTEC GEN
GENETICA E GENOMICA
Ricerca e sviluppo a livello pilota e/o prototipale di processi/prodotti a base biologica, a forte contenuto innovativo e suscettibili di interesse per imprese industriali high-tech.
La Missione….
La Variabilità genetica: una risorsa preziosa
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Sequenziamento automatico ad alta capacità
DNA microarray
Analisi Proteomica
Genomica a Flusso
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DNA, Cromosomi, cellule e piante:La plasticità degli esseri vegetali
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Biotecnologie e Miglioramento Genetico
• Fusione di cellule (protoplasti) da diversi genotipi
• Localizzazione di geni tramite marcatori molecolari e clonaggio genico
• Trasferimento mirato di nuove caratteristiche tramite-trasformazione con Agrobacterium-metodo biolistico-assunzione diretta di DNA.
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I tessuti vegetali sono costituiti da cellule “TOTIPOTENTI”,in grado di rigenerare una pianta identica a quella di partenza.
Le cellule vegetali private della parete cellulosica,dette PROTOPLASTI, possono essere manipolate conle tecniche dell’ingegneria genetica e/o cellulare per ottenerelinee cellulari trasformate con specifici geni e ibridi somaticicon caratteri complessi.
Da esse si rigenerano piante identiche al genitore tranneche per i caratteri eventualmente inseriti.
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Ibridazione somatica:trasferimento di caratteri poligenici tra specie non
compatibili
- Somma i genomi di ambedue le specie- Trasferisce caratteristiche poligeniche- Richiede selezione e/o reincrocio
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Le Cellule Vegetali sono Totipotenti
Micropropagazione….Moltiplicazione rapida di piante
di valore sperimentale e/o economico
- Risanamento da malattie- moltiplicazione di specie rare- moltiplicazione di specie da redditoa propagazione vegetativa
- velocizzazione dei cicli produttivi
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DNAMetodi
molecolari di inserimento
di geniin pianta
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Genetica e Genomicale ricerche in corso ..........…
Ingegneria metabolica e “molecular farming”
Genomica funzionale e Proteomica in specie utili
Silenziamento genico e interazioni virali con la pianta
Miglioramento Genetico Assistito via “Fingerprinting” molecolare di specie vegetali tipiche
Caratterizzazione di microorganismi utili dell’ambiente mediterraneo
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Le PIANTE COME FERMENTATORILe PIANTE COME FERMENTATORI
VsVs
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Il Virus X (PVX) della patata espone sulla superfice determinanti antigenici
di HIV
•Ogni particella virale è rivestita di 1400 ca elementi proteici, ciascuna delle quali espone esternamente l’antigene gp 41
HIV-1Virus vegetale PVX
gp 41
Che prospettive?- alta risposta anticorpale senza pericolo di infezione- possibile sviluppo di un vaccino nel medio periodo- attualmente sperimentazione sull’animale
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Produzione di vaccini in pianta
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Nel medio termine:Rilascio di nuovi vaccini edibili a
basso costo
Produzione piu’ sicura di antigeni
per sollecitare la risposta anticorpale Che vantaggi?
- alta compatibilta- minori rischi patogenici
e costi di produzione- migliore conservabilità
Produzione ad alta resa di anticorpi
“Moltiplicazione in pianta di anticorpi contro virus“
Un esempio sperimentale: l’incremento del contenuto di pigmenti antiossidanti (Carotenoidi) in pomodoro
Lycopene
β-carotene
β-cyclase
B) Costrutti
A) Via BiosinteticaC) Fenotipo
0
100
200 Lycopene β-carotene Xanthophylls
µg/g
m fr
esh
wei
ght
AntisenseParentalOverexpressors
D) Contenuto in carotenoidi
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Analisi Genomica e Proteomica In Specie Tipiche- pomodoro
Principe UmbertoToscano S. Marzano
Giallo invernaleGenomica
ProteomicaCorbarino
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Blocco dell’espressione genica tramite infezione virale “gene silencing”
The EMBO Journal (2002); 21:3070-3080
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Controllo del genoma ed isolamento di caratteristiche utili
ANALISI ESORTING DICROMOSOMI
VEGETALI
COSTRUZIONE DILIBRERIE di DNA
CROMOSOMA SPECIFICHE
ANALISI DELLA STABILITA’ GENETICA e GENOMICA
A cosa serve…
-controllo di “qualità” dei materiali (stabilità genetica)
- identificazione (sonde molecolari)
- isolamento di parti definite del genoma (cromosomi) per l’isolamento di geni e della loro organizzazione
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Caratterizzazione genetica di specie tipiche tramite marcatori molecolari- agrumi
MAS - Selezione Assistita con Marcatori Molecolari
1a
1b
1c 2
3
•Selezione di piante con caratteristiche superiori mediante trasferimento di geni presenti nel germoplasma naturale della specie
•Il risultato dei programmi di miglioramento genetico è garantito se il carattere è presente tra le specie sessualmente compatibili
•I risultati sono attesi sul medio lungo periodo (7-10 anni)
•L’integrazione con le Biotecnologie puo’ ridurre del 50-80% i tempi di conseguimento dei risultati attesi
“Nuovi” legumi per ambienti aridi
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Utilizzo di specie microbiche in agricoltura per il controllo biologico dei patogeni vegetali
Impatto sull’ambiente dell’uso di specie microbiche in agricoltura e valutazione del rischio per la salute umana
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Burkholderia cepacia complexMicrobiologia applicata all’Agricoltura ed alla
Salute: Possibilità di interazione e caratterizzazione
•Biocontrollo•Bioremediation
Infezione in pazienti con Fibrosi Cistica
Polmoni infettati da B. cepaciaFusarium Fusarium B.cep. ctrl+B.cep.
Analisi del rischio associato all’utilizzazione di specifici tipi
di microorganismi
L’ambiente naturale come potenziale serbatoio di microorganismi patogeni
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Serra sperimentale a contenimento di sicurezza in classe P2 per ricerche su piante - CR Casaccia
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GENETICA E GENOMICA VEGETALE
Personale a tempo indeterminato
Ricercatori 31 Tecnici 18
-----49
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37
~ 3,9
2000-2002
PORTAFOGLIO DI PUBBLICAZIONI SU RIVISTE INTERNAZIONALI
(con referee)
“impact factor “ medio di
PORTAFOGLIO DI BREVETTI
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….alcuni dei Progetti finanziati in corso
Fondo speciale per lo sviluppo della ricerca di interesse strategico (FIRS)•GENEFUN: Geni e loro funzioni, un approccio integrato
Fondo per gli investimenti e per la ricerca di base (FIRB) •Da Arabidopsis a Pomodoro: una rete scientifica e una piattaforma tecnologica per la genomica funzionale dello sviluppo vegetale (Progetto negoziale)•Genomica e funzioni geniche della risposta delle piante a stress ambientali (Progetto negoziale)•E-GEN: ENEA facility for advanced genomics, proteomics and bioinformatics(Progetto negoziale)•Meccanismi molecolari della fotosintesi
(Progetto autonomo)Piano Operativo Nazionale (PON)
•INAGRIMED: ricerche integrate per l’innovazione di processo e di prodottonelle filiere di prodotti tipici mediterranei
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CONCLUSIONIPRIMA…Gli studi e le ricerche di Genetica e Genomica Vegetale si sono venute naturalmente sviluppando nell’ENEA sin dalla sua fondazione come evoluzione delle attivita’ dell’originario Laboratorio per le Applicazione delle Radiazioni in Agricoltura
ORA…I prodotti delle ricerche condotte si possono riassumere come:La pubblicazione di un rilevante numero di lavori scientifici sulle maggiori riviste internazionali del settoreLo sviluppo di tecnologie e metodi innovativi per l’analisi, l’isolamento e l’utilizzazione della variabilità genetica (brevetti, nuove varietà vegetali)La diffusione delle conoscenze sviluppate tramite la formazione di ricercatori e l’interazione con il mondo scientifico e produttivo esterno
IN FUTURO…Una sempre maggiore consapevolezza delle opportunità offerte, e dei limiti, delle Biotecnologie e dei vantaggi di una integrazione delle conoscenze e delle metodologie proprie del miglioramento genetico classico per lo sviluppo di prodotti in armonia con l’ambiente ed utili all’uomo per la sua salute
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Principali linee di attività:• Caratterizzazione e miglioramento genetico di piante tipiche
mediterranee per la qualità del prodotto
• Produzione in pianta di molecole ad alto valore aggiunto (vaccini, anticorpi)
• Ingegneria metabolica per l’ottenimento di nutriceuticals di origine vegetale
• Caratterizzazione del genoma di specie utili (pomodoro) per il miglioramento della salubrità dell’alimento, dell’architettura della pianta, e incremento della sua resistenza a fitopatie
• Caratterizzazione di ceppi microbici utili per la protezione e la fertilizzazione di piante coltivate, con valutazione delle implicazioni per la salute umana.
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