Il genoma delle patate è ancora tutto da esplorare

patate genoma

Le informazioni ricavate dallo studio del genoma delle patate e della sua evoluzione potrebbero aiutare a migliorare la coltivazione della specie.

Conoscere l'evoluzione genetica delle patate e la differenza a livello del DNA tra quelle coltivate e quelle selvatiche è il primo passo per migliorare la produzione di uno dei più importanti e diffusi alimenti per l'uomo.
Questo è l'obiettivo che si sono posti alcuni ricercatori dell'Accademia Cinese delle Scienze Agricole di Shenzen, consapevoli che pochi studi fino ad oggi hanno approfondito l'evoluzione genetica delle patate. Nel loro studio, recentemente pubblicato su Nature, hanno analizzato 44 genomi diploidi di patata: 24 selvatici e 20 coltivati.

La maggioranza delle patate coltivate commercialmente è tetraploide, il loro DNA è composto da quattro copie di ogni cromosoma e inoltre ogni copia è piuttosto diversa dalle altre; queste sono caratteristiche che hanno sempre limitato l'efficacia delle tradizionali tecniche di breeding comunemente utilizzate con le piante diploidi.

Invece, il 70% delle specie selvatiche sono diploidi e la grande biodiversità presente all'interno di queste varietà è ancora largamente inesplorata. Utilizzare patate diploidi per la coltivazione renderebbe più semplice l'approccio molecolare per il miglioramento della coltivazione.

La resistenza alle malattie
Le patate che mangiamo si riproducono vegetativamente, cioè sono cloni. Lo fanno anche le patate selvatiche, anche se essendo diploidi possono riprodursi anche in maniera sessuata, cioè coi semi. Questa riproduzione clonale permette una rapida diffusione della pianta e ha un'elevata efficienza ma ha il grosso svantaggio di ridurre la variabilità genetica di una popolazione. Questo svantaggio è particolarmente problematico in caso di suscettibilità a infezioni virali o batteriche della pianta.

Gli scienziati si sono quindi chiesti se il delle patate si sia evoluto espandendo il repertorio di geni per la resistenza contro le malattie rispetto ad altre solanacee che non producono tuberi e si riproducono per via sessuata tramite semi come il pomodoro e la Solanum etuberosum, una specie di patata selvatica anch'essa appartenente alla famiglia delle Solanaceae come la patata coltivata e il pomodoro.

Analizzando alcuni geni chiamati NLR (Nucleotide-binding domain and Leucine-rich repeat) che hanno un ruolo nella difesa immunitaria delle piante, gli scienziati hanno scoperto che non solo sono molto più abbondanti che nelle altre piante prese in considerazione ma anche che il 34% tra quelli specifici e presenti solo nelle patate sono localizzai negli stoloni (rami laterali che spuntano alla base della pianta e scorrono lungo il suolo) e nei tuberi.

Un'osservazione simile riguarda anche in una specie selvatica di patata dolce in grado di riprodursi tramite propagazione clonale quando è stata comparata con specie affini di patate che si riproducono invece per via sessuata. Questa scoperta porta a ipotizzare che l'espansione dei geni NLR nelle patate si sia co-evoluta assieme allo sviluppo della propagazione vegetativa.

Il gene dell'identità del tubero
Patate e pomodori appartengono alla stessa famiglia delle Solanacee e si sono separati circa otto milioni di anni fa. Una delle differenze evolutive principali tra le due piante è la capacità delle patate di sviluppare il tubero. Nonostante i tuberi siano conosciuti e mangiati fin dai tempi delle civiltà azteca e inca, la sua storia evolutiva è ancora poco chiara.

I ricercatori hanno individuato, con tecniche di biologia molecolare e bioinformatica, 229 geni estremamente conservati nelle patate, espressi principalmente negli stoloni e nei tuberi e associati a sequenze genetiche che hanno un ruolo nell'organogenesi. Tra tutti questi, solo un gene codifica per un fattore di trascrizione specifico delle piante.

Gli scienziati hanno quindi generato alcune piante mutanti eliminando il gene per studiarne la funzione e hanno notato che le patate ottenute convertivano gli stoloni in rami invece che originare dei veri e propri tuberi. Ipotizzando che il gene abbia quindi un ruolo fondamentale nello sviluppo del tubero lo hanno chiamato gene dell'Identità del Tubero 1 (IT1).

Poiché l'espressione di IT1 nel pomodoro è praticamente assente è probabile che lo sviluppo e l'attivazione di questo gene abbia avuto un ruolo fondamentale per lo sviluppo del tubero durante l'evoluzione divergente tra patata e pomodoro. Lo studio ha analizzato la biologia e soprattutto l' di questa coltivazione utilizzata in tutto il mondo ma i cui dettagli genetici sono ancora poco conosciuti.

I dati ottenuti sono stati inseriti in un database gratuito e la speranza degli scienziati è che i risultati aiutino ad ottenere nuove varietà da coltivare e facilitino l'inserimento di tratti favorevoli, come la resistenza alle malattie e la tolleranza allo stress, presenti nelle specie selvatiche.

Riferimenti:
Tang, D., Jia, Y., Zhang, J., Li, H., Cheng, L., Wang, P., …Huang, S. (2022). Genome evolution and diversity of wild and cultivated potatoes. Nature, 606(7914), 535–541. doi: 10.1038/s41586-022-04822-x

Immagine: di Pexels da Pixabay