RICERCA ITALIANA     

Sviluppo del seme nei cereali: nuovi approcci verso il miglioramento delle specie coltivate.

Università Cattolica del Sacro Cuore

Abstract

La ricerca sui cereali è concentrata principalmente su mais e riso, specie entrambe oggetto di studio in questo progetto. Il genoma del riso è stato completamente sequenziato e la specie è semplice da allevare ed è facilmente trasformabile. Il mais, alla semplicità della coltivazione e dell'esecuzione degli incroci, abbina la disponibilità di oltre 360.000 ESTs sequenziati, che rappresentano circa 30.000-50.000 geni, e una vasta mappa genetica. L' accesso a tutti questi dati permette lo sviluppo di approcci genomici per lo studio dello sviluppo del seme. Oltre dieci anni di studio su mutanti dello sviluppo nelle piante hanno permesso di comprendere i meccanismi coinvolti nella transizione dalla crescita vegetativa a quella riproduttiva, la determinazione dell'infiorescenza, del meristema fiorale, dell'identità degli organi florali e dello sviluppo del seme. Nonostante tutto è necessario identificare e analizzare più geni per ottenere un quadro generale dell'organizzazione e del funzionamento del seme nei cereali. Lo scopo di questo progetto è la conoscenza del controllo genetico dell'embrione e dell'endosperma durante il loro sviluppo come tappa cruciale per la ricerca sulla biologia del seme. La presente proposta di ricerca coinvolge tre gruppi che hanno acquisito una grande esperienza in tre distinti campi sullo sviluppo del seme nei cereali, in particolare: svilluppo dell'ovulo e inizio dello sviluppo del seme, sviluppo dell'embrione e dell'endosperma. Il progetto >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Adriano MAROCCO Università Cattolica del Sacro Cuore

Obiettivo del Programma di Ricerca

Nel recente passato, c'è stato un rinnovato interesse nello studio dello sviluppo del seme. I cereali con semi persistenti ed economicamente rilevanti hanno attirato la maggior parte dell'attenzione ed è risultato chiaro che solo attraverso la caratterizzazione di nuovi fenotipi mutanti si potrà arrivare ad una approfondita comprensione delle basi dello sviluppo del seme.
In questo progetto si è scelto di lavorare con riso, la pianta modello per l'analisi genomica di tutti i cereali, e mais, una delle colture economicamente più importanti. Il mais, inoltre, rappresenta il sistema genetico meglio studiato e più trattabile. Una seria limitazione all'avanzamento nella ricerca di base ed applicata in mais, è la mancanza di una approfondita comprensione del contenuto e delle funzioni geniche del genoma. L'analisi genica funzionale aiuterà a chiarire le basi molecolari di caratteri agronomicamente importanti e di conseguenza faciliterà il miglioramento in mais ed in altre specie coltivate. Questi risultati agronomici avranno un forte impatto sulla popolazione attraverso il miglioramento della salute umana, l'aumento di produzione energetica e la protezione ambientale. La produzione di nuovi composti nelle piante aumenterà la richiesta di mais e di conseguenza apporterà benefici direttamente alla comunità agricola. La produzione di cibi ad alto contenuto nutrizionale, più sicuri e meno allergenici rispetto ai cibi attuali, apporteranno ulteriori benefici ai consumatore. >>>

Risultati parziali attesi

Al termine dei due anni del progetto sono previsti i seguenti risultati:
- L'identificazione di marcatori AFLP ed SSR polimorfici e loro mappatura in mais;
- La mappa di 16 mutanti dello sviluppo dell'endosperma in mais;
- L'identificazione e il clonaggio molecolare di mutanti del meristema apicale indotti da trasposoni in mais;
- La caratterizzazione e il clonaggio molecolare di mutanti da inserzione osmads13 e osmads21 in riso;
- La caratterizzazione funzionale, a livello istologico e del profilo di espressione, di mutanti embrione specifici (emb) di mais;
- La determinazione del profilo di espressione genica nel mutante dell'endosperma de-18 di mais;
- La determinazione del profilo trascrizionale nei primordi degli ovuli in riso;
- L'identificazione del profilo di espressione nei primordi degli ovuli di mutanti osmads13 e osmads21 di riso;
- L'analisi dell'espressione di OsMADS21 di riso mediante in situ hybridization;
- Il profilo di espressione su microarray nei primordi degli ovuli di riso;
- L'applicazione della microdissection laser microscopy in ovuli, embrioni ed endospermi di mais e riso;
- L'applicazione della tecnica cDNA-AFLP su sezioni istologiche in mais e riso.

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

I cereali, come il riso ed il mais, sono le principali risorse alimentari per l'uomo e gli animali. Il miglioramento genetico ha contribuito all'enorme progresso delle rese di queste coltivazioni, registrato negli ultimi 75 anni. Tuttavia, il rapido aumento della popolazione mondiale, nel 2025 ci saranno ulteriori 2 miliardi di persone da sfamare, ripresenta drammaticamente la necessità di aumentare le rese produttive. Inoltre, diventa sempre più importante l'aumento della qualità nutrizionale e la riduzione dei componenti allergenici dei cereali. Per raggiungere questi obiettivi è necessaria una profonda conoscenza dei fenomi che controllano lo sviluppo del seme dei cereali. Oltre agli aspetti applicativi, c'è un fondamentale interesse scientifico nell' apprendere i meccanismi coinvolti nello sviluppo del seme.

La ricerca cerealicola è oggi prevalentemente rivolta al riso ed al mais, le specie studiate in questo progetto. Il vantaggio derivante dall'impiego del riso riguarda la disponibilità della sequenza del genoma, oltre che alla facilità con cui si alleva e si trasforma. Per il mais, alla facilità di allevamento e di esecuzione degli incroci, di affianca l'enorme conoscenza genetica e la disponibilità di oltre 360.000 ESTs sequenziati in rappresentanza di 30.000 - 50.000 geni ed una densa mappa genetica. La possibilità di utilizzare queste informazioni consente lo sviluppo di approcci genomici per studiare lo sviluppo del seme.

Studi >>>