Intervista alla Dott.ssa Valentina Ricciardi: la resistenza delle piante e il futuro della vite

Insieme alle Dott.ssa Valentina Ricciardi capiremo meglio l’importanza del miglioramento genetico della vite nel settore vitivinicolo e il futuro in questo ambito.

Buongiorno Dott.ssa Ricciardi. La ringrazio per aver accettato il nostro invito. Di cosa si occupa e può descriverci il suo percorso che l’ha portata qui?

Buongiorno e grazie dell’invito. Sono una dottoranda al secondo anno presso il dipartimento di Scienze Agrarie ed Ambientali dell’Università degli Studi di Milano. La mia tesi riguarda l’identificazione di geni di vite responsabili della resistenza a stress biotici, identificazione che permetterebbe il loro utilizzo per la realizzazione di varietà resistenti ad alcune tra le principali malattie della vite.

La storia di come sono giunta qui comincia 8 anni fa, quando finite le scuole superiori, con diploma ad indirizzo Magistrale, mi sono ritrovata a cercare qualche corso universitario che mi permettesse di rafforzare le mie basi in campo scientifico. Tra le opzioni, mi incuriosì un corso di Laurea della Facoltà di Agraria che prevedeva un esame di Botanica. Fu proprio durante le prime lezioni di quel corso che rimasi colpita dal mondo del miglioramento genetico vegetale, tanto colpita da ripianificare tutti i miei step futuri per riuscire a svolgere la professione. Già da piccola avevo apprezzato particolarmente i rudimenti di genetica mendeliana acquisiti durante la scuola media e le scuole superiori, ma nel caso di quell’episodio parliamo probabilmente di un vero e proprio innamoramento.

Dott.ssa Valentina Ricciardi
Figura 1 – La Dott.ssa Valentina Ricciardi al lavoro presso i laboratori della Facoltà di Agraria dell’Università degli Studi di Milano (Fonte: Beatrice Cavenago).

Da lì seguirono infatti le iscrizioni ai corsi di Biotecnologia ad indirizzo agrario, fu il tirocinio triennale nel campo della genetica del mais a fornirmi le prime basi di vita nel mondo dei laboratori di ricerca ed infine la tesi magistrale nel campo del miglioramento genetico della vite. Dopo la tesi magistrale mi è stata offerta la possibilità di concorrere per un assegno di ricerca e l’anno successivo sono riuscita ad essere ammessa al dottorato…E adesso, eccoci qui.

Quanto è importante studiare la resistenza delle piante su base genetica?

Importantissimo. Le malattie vegetali sono responsabili di buona parte delle perdite produttive. Al momento, il modo principale con cui si combattono è l’utilizzo di agrofarmaci. Composti chimici tossici per i patogeni ma altrettanto dannosi per l’ambiente e gli altri organismi che lo abitano, compreso l’uomo.

L’uso che se ne fa oggigiorno è davvero intensivo, tuttavia ciò non può considerarsi più sostenibile ed in questo senso anche le ultime direttive sull’utilizzo di questi mezzi di difesa dichiarano esplicitamente che esso deve essere diminuito. Anche perché questo mezzo, da solo, non è di per sé funzionale. Infatti bisogna considerare che l’utilizzo di principi chimici per controllare le malattie delle piante esercita una vera e propria pressione selettiva, in termini evolutivi, sugli agenti che le causano. Per via di ciò, sono sempre più frequenti le insorgenze di ceppi resistenti ai principi attivi, fatto che porta alla necessità di eseguire sempre più trattamenti nel cercare di gestire la situazione. Ma come potete ben capire, è una battaglia persa in partenza, vista la prontezza con cui i ceppi resistenti riescono a comparire e l’impossibilità di aumentare i trattamenti all’infinito senza risultare in conseguenze nefaste per il mondo che ci circonda.

Fortunatamente la natura ha fornito le piante di “armi di difesa” in grado di aiutarle nella battaglia: i geni di resistenza. Studiando questi geni è possibile comprendere quali “combinazioni di armamentario” possono aiutare la pianta a combattere le infezioni, riducendo di conseguenza l’utilizzo dei mezzi chimici necessari. Più geni di resistenza si riescono ad introdurre in una data varietà, e quindi, per continuare con la metafora, più varie e numerose saranno le armi a sua disposizione, più la sua resistenza sarà durevole nel tempo.

Oltre ai geni di resistenza, è possibile anche un ulteriore approccio, ugualmente basato sulle risorse della pianta. In questo caso, in termini metaforici, si agisce sui punti deboli nella linea difensiva della pianta. Infatti, le piante possiedono anche quelli che vengono chiamati geni di suscettibilità ad un dato patogeno. Questi geni del metabolismo della pianta vengono sfruttati dal patogeno per ottenere sostentamento durante la colonizzazione e infezione della pianta. Ecco, se questi geni venissero studiati e si scoprissero non essere fondamentali per la sopravvivenza della pianta, potrebbero essere “spenti” in modo da tagliare i rifornimenti energetici necessari al patogeno per sopravvivere durante l’infezione. Niente rifornimenti, niente infezione. Ed in questo caso per il patogeno sarebbe davvero molto più complicato aggirare questo tipo di resistenza.

Che tecniche vengono utilizzate per le analisi?

Principalmente coltura in vitro ed analisi e tecniche di Biologia molecolare. Lavoriamo con le cose che non si vedono, nella scala dell’estremamente piccolo. Quindi si passa dall’estrazione di DNA ed RNA dalle piante di interesse, o dei patogeni a seconda del tipo di esperimento, all’analisi della presenza e del livello di espressione dei geni oggetto dello studio con tecniche come la PCR o la Real-time RT-PCR, il sequenziamento dell’RNA.

Coltura in vitro
Figura 2 – A sinistra, piante di Pinot nero cresciute in vitro; a destra, calli da foglia di vite (Fonte: Valentina Ricciardi).

Una volta identificati i candidati di interesse essi devono essere “validati” per potere essere poi studiati approfonditamente. Tipicamente la validazione avviene attraverso la generazione di una pianta in cui il gene di interesse viene spento. Se il gene si spegne si può infatti capire in quali processi è coinvolto quando è acceso. Una tecnica molto promettente per fare ciò è l’Editing del genoma (Genome Editing) tramite CRISPR/Cas. Nel caso della vite, il sistema si applica utilizzando masse di cellule vegetali ottenute tramite coltura in vitro, che prendono il nome di calli embriogenici, in cui vengono introdotte un paio di forbicette molecolari che vengono guidate, tramite guide appositamente disegnate, nel punto di genoma che si vuole modificare (quindi il punto dove è presente il gene di interesse). Una volta giunte a destinazione le forbicette, che prendono il nome di endonucleasi di origine batterica, tagliano il genoma. A questo punto, un meccanismo naturale all’interno della cellula fa si che essa cerchi di riparare il danno nel DNA. Facendo ciò, essendo il meccanismo non perfetto, vengono introdotti piccoli errori in quella parte della sequenza in corrispondenza del taglio. L’errore causa lo spegnimento del gene e la pianta rigenerata dai calli embriogenici così trasformati può essere studiata per comprendere qual é la funzione del gene di interesse.

La potenzialità del sistema CRISPR/Cas, nel contesto dello studio di geni come quelli di suscettibilità di cui abbiamo parlato prima, sta nel fatto che la pianta generata in questo modo, portando il gene di suscettibilità spento, diventerebbe resistente al patogeno. Quindi se superasse tutti i test volti a comprendere effetti e meccanismi del gene, in assenza di effetti deleteri di quest’ultimo in termini di sopravvivenza e produttività, la pianta potrebbe essere utilizzata tal quale per la coltivazione. O per altri programmi di breeding. Quindi i programmi di miglioramento genetico verrebbero notevolmente accorciati e produrrebbero varietà con modifiche mirate ai soli tratti di interesse.

Crede che la gente non sia ancora completamente pronta ad accettare questo tipo di soluzione?

Purtroppo devo constatare di sì. Ma credo sia abbastanza normale. Nel senso che ogni grande cambiamento nella storia è stato accompagnato da forti opposizioni, per lo più generate dalla paura nei confronti di ciò che è nuovo e sconosciuto. Una reazione del tutto normale. Tuttavia, a poco a poco, molti di quegli spaventosi e apparentemente pericolosi cambiamenti, dopo numerosi test ed estesa esperienza, sono diventati parte della vita di tutti i giorni, per tutti quanti. Fino al punto tale da essere considerati parti intrinseche della vita di tutti e della società in cui viviamo.

Il fatto è che, nel recente passato, la situazione è stata particolarmente complicata dall’inefficace e del tutto inadatta comunicazione al pubblico di questo tipo di innovazioni e tecniche. Probabilmente potrebbe trattarsi di uno tra i peggiori esempi di campagne mai eseguite… Un vero disastro praticamente. Quindi occorrerà davvero molta pazienza e caparbietà per spingere verso l’innovazione e non lasciarsi abbattere.

La speranza è che quanta più gente verrà a conoscenza del funzionamento e dell’utilità di queste soluzioni, tanto più esse potranno essere sviluppate per migliorare il mondo di cui siamo parte integrante. L’obiettivo è quindi non mollare e comunicare nel modo giusto quanto sta succedendo e perché. Nessuno si aspetta che sia un processo facile e rapido ma siamo disposti ad essere pazienti e a lasciare piccole impronte, che se adeguatamente sviluppate diverranno le fondamenta del futuro a cui stiamo tutti cercando di contribuire. Qualcuno deve cominciare da qualche parte dopotutto no? Bene, noi crediamo valga la pena tentare.

Nella ambito della vite: ci può dire brevemente la correlazione tra viti resistenti e produzione vinicola?

La viticoltura è uno dei settori agricoli che fa il più massiccio uso di agrofarmaci, arrivando a raggiungere circa il 60% del totale utilizzato senza però essere il più grande settore di coltivazione. Questo avviene perché le varietà di vite da vino, per lo più appartenenti alla specie Europea Vitis vinifera, sono estremamente suscettibili ad alcuni patogeni di provenienza americana, come Erisife necator e Plasmopara viticola. Queste malattie causano ingenti perdite in termini di quantità e qualità della produzione e il metodo più efficace per controllarle al momento è l’utilizzo massiccio di fungicidi.

Campionamento uva
Figura 3 – Campionamento in campo (Fonte: Beatrice Cavenago),

Una soluzione alternativa promettente è appunto lo sviluppo di varietà resistenti. Normalmente esse vengono sviluppate incrociando le varietà europee con quelle di origine americana o asiatica che possiedono naturalmente i geni di resistenza ai patogeni, in quanto hanno avuto modo di evolversi con essi. Il problema è che il background genetico di queste specie è differente e molto spesso gli incroci ottenuti, pur portando la resistenza, portano anche tratti indesiderati ai fini della qualità dei vini che si possono ottenere da quelle uve. In questo senso, l’utilizzo di tecniche come l’Editing del genoma, o le modificazioni geniche come la Cis-genesi (cioè l’inserzione nel genoma della varietà di interesse di un singolo gene proveniente da una specie compatibile in termini di incrocio), potrebbero migliorare notevolmente la situazione, vista la precisione che sarebbero in grado di fornire nei programmi di breeding.

Inoltre, una promettente scoperta in termini di materiale vegetale utilizzabile nei programmi di breeding per varietà resistenti, è quella di alcune varietà europee che possiedono la resistenza ai patogeni pur non provenendo dallo stesso continente. Queste varietà sono provenienti dalla Georgia e dal resto della regione del Caucaso, regione che coincide con il centro di origine della domesticazione della vite, e sono state individuate attraverso alcuni studi da parte dei gruppi di Viticultura e Patologia dell’Università degli Studi di Milano. Mgaloblishvili, una varietà georgiana resistente a peronospora della vite, è proprio una di queste e sulla base di studi volti a comprendere i suoi meccanismi di resistenza, sono stati individuati i geni oggetto di studio nel mio dottorato.

Ringraziandola per il suo contributo vorrei chiederle come vede il futuro di questo ambito e le sue prospettive?

Sono ottimista e credo il futuro sia pieno di possibilità. Nell’ultimo periodo ho avuto modo di osservare una sensibilizzazione al problema della sostenibilità ambientale e un’apertura che a poco a poco si fa sempre maggiore nei confronti delle nuove tecniche di miglioramento genetico. La speranza è che il processo non si arresti ma, anzi, porti ad una sempre maggiore possibilità di sviluppo. Così che sempre più risorse siano a disposizione di ricercatori e miglioratori varietali, in tutti i campi e settori coinvolti.

Per quanto riguarda le mie prospettive spero vivamente di riuscire ad apportare la mia parte di contributo alla comprensione e all’utilizzo di alcune di queste risorse. Con l’anno che viene mi aspetta infatti l’applicazione dell’Editing del genoma nei confronti di qualche gene candidato di resistenza e di un gene di suscettibilità a peronospora, insieme alla ricerca e caratterizzazione di altri tratti interessanti. A questo riguardo, l’unica certezza che possiedo è che sarà un’avventura interessante e che la mia speranza sarà tra le ultime a morire.

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