I biotecnologi del Boyce Thompson Institute, all’interno della Cornell University, nello stato di New York, hanno creato un genoma di riferimento per il pomodoro selvatico, scoprendo così sezioni del genoma alla base del sapore, delle dimensioni e della maturazione del frutto, della tolleranza allo stress e della resistenza alle malattie.

TAKEAWAY

• Tra i filoni di ricerca delle biotecnologie alimentari, quello sul genoma del pomodoro vanta numerosi studi a livello internazionale. 
• Sebbene più facili da coltivare rispetto ai loro antenati selvatici, oggi i pomodori sono tra gli ortaggi meno resistenti alle malattie e agli stress ambientali.
• Uno studio del 2014 del Tomato Genome Consortium ha, per la prima volta, ricostruito la storia del genoma del pomodoro, sia di quello coltivato che di quello selvatico.
• Dopo sei anni esatti, i biotecnologi del Boyce Thompson Institute hanno creato un genoma di riferimento per il pomodoro selvatico, scoprendo sezioni del genoma alla base del sapore, delle dimensioni e della maturazione del frutto, della tolleranza allo stress e della resistenza alle malattie.
• Il gruppo di studio ha confrontato il genoma di riferimento del pomodoro selvatico con quello del pomodoro coltivato e ha trovato più di 92.000 varianti strutturali.
• Tra le varianti strutturali scoperte, anche quelle in numerosi geni di resistenza alle malattie e in geni coinvolti nella dimensione dei frutti, nella maturazione, nella regolazione ormonale, nel metabolismo e nello sviluppo di fiori, semi e foglie.
• L’identificazione della diversità genetica catturata nel genoma del pomodoro selvatico, offre oggi, l’opportunità di riportare alcune di queste importanti caratteristiche nei pomodori acquistati in negozio.

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Le biotecnologie alimentari consentono, grazie all’utilizzo dei più moderni strumenti offerti dalla bioingegneria, di controllare i processi produttivi e di ottenere alimenti qualitativamente migliori e sicuri.

Più nello specifico, i biotecnologi intervengono sulle piante modificandone la struttura genetica: lo scopo è fare sì che queste diventino più forti, più resistenti agli agenti patogeni e che si adattino più rapidamente alle mutate condizioni ambientali e metereologiche e ai cambiamenti dell’ecosistema.

Tra i filoni di ricerca delle biotecnologie alimentari, quello sul genoma del pomodoro vanta numerosi studi a livello internazionale. E per un motivo semplice: sebbene più facili da coltivare rispetto ai loro antenati selvatici, oggi i pomodori sono tra gli ortaggi meno resistenti alle malattie e agli stress ambientali quali siccità e suolo salino.

A mettere bene in luce queste debolezze, uno studio condotto nel 2014 dal Tomato Genome Consortium, pubblicato su Nature Genetics che, per la prima volta, ha ricostruito la storia del genoma del pomodoro, sia di quello coltivato (Solanum lycopersicum) che di quello selvatico (Solanum pimpinellifolium).

Tra le novità più importanti individuate dai ricercatori – responsabili di avere indicato la strada agli studi successivi in materia – il fatto che, mentre alcune regioni del DNA del pomodoro si sono mantenute inalterate nel corso dei secoli e degli anni, altre sono state ridotte drasticamente durante le variazioni genetiche, tra cui le più evidenti riguardano il DNA circostante i geni che regolano le dimensioni dei frutti e che conferiscono resistenza alle patologie che colpiscono la pianta.

Dopo sei anni esatti, i biotecnologi del Boyce Thompson Institute, all’interno della Cornell University, nello stato di New York, hanno creato un genoma di riferimento per il Solanum pimpinellifolium (il pomodoro selvatico), scoprendo così sezioni del genoma che sono alla base del sapore, delle dimensioni e della maturazione del frutto, della tolleranza allo stress e della resistenza alle malattie.

Biotecnologie alimentari e genoma del pomodoro: la ricerca del Boyce Thompson Institute

A guidare il team di lavoro (i cui risultati sono stati pubblicati su Nature Communications lo scorso 16 novembre), Zhangjun Fei, professore presso la School of Integrative Plant Science (SIPS) della Cornell University, il quale ha spiegato:

“Il genoma di riferimento che abbiamo creato in laboratorio consentirà, in futuro, di migliorare caratteristiche come la qualità del frutto del pomodoro e la sua tolleranza allo stress. In che modo? Il passo successivo sarà reintrodurre nel pomodoro moderno i geni propri del pomodoro selvatico (Sonalum pimpinellifolium), che sono andati persi quando è stato addomesticato ed è iniziata la coltivazione“

Anche altri gruppi di ricerca, in precedenza, hanno sequenziato il DNA del pomodoro selvatico ma, come ha rimarcato Fei, il genoma di riferimento messo a punto dal suo team è più completo e accurato, grazie all’evoluzione delle biotecnologie alimentari e a tecnologie di sequenziamento all’avanguardia, in grado di leggere frammenti di DNA molto lunghi.

Più nel dettaglio, le vecchie tecnologie di sequenziamento – che leggono brevi frammenti di DNA – permettono di identificare mutazioni a livello di base singola, ma non consentono di trovare varianti strutturali come inserzioni, delezioni, inversioni o duplicazioni di grossi pezzi di DNA.

“Le varianti strutturali sono poco studiate, perché sono le più difficili da identificare. Ma molti tratti della pianta del pomodoro sono causati proprio dalle varianti strutturali, motivo per cui io e il mio team ci siamo concentrati su queste” ha commentato Zhangjun Fei

Biotech alimentare: identificate le varianti strutturali del pomodoro selvatico

Il gruppo di studio di biotecnologie alimentari ha confrontato il genoma di riferimento del pomodoro selvatico con quello del pomodoro coltivato – chiamato Heinz 1706 – e ha trovato più di 92.000 varianti strutturali. I ricercatori hanno, quindi, setacciato il pan-genoma del pomodoro – un database contenente i genomi di oltre 725 pomodori selvatici coltivati e strettamente correlati – scoprendo varianti strutturali legate a molti tratti importanti.

Ad esempio, il pomodoro coltivato presenta alcune delezioni genomiche (ovvero assenze di un tratto di cromosoma, con conseguente e irreversibile perdita di materiale genetico) che riducono i loro livelli di licopene, pigmento rosso con valore nutritivo e con un inserto che riduce il loro contenuto di saccarosio.

Jim Giovannoni, scienziato e membro della facoltà del Boyce Thompson Institute e coautore dello studio, osserva che molti consumatori sono delusi – a ragione – dalla qualità e dal sapore dei pomodori di produzione moderna. E spiega che tali modificazioni sono avvenute perché gli sforzi passati, da parte dei coltivatori, hanno ignorato quei tratti a favore delle prestazioni e della resa del prodotto.

“L’identificazione della diversità genetica catturata nel genoma del pomodoro selvatico, offre oggi, l’opportunità di riportare alcune di queste importanti caratteristiche nei pomodori acquistati in negozio” ha aggiunto Giovannoni.

I ricercatori hanno trovato molte altre varianti strutturali che potrebbero interessare i coltivatori, comprese varianti in numerosi geni di resistenza alle malattie e in geni coinvolti nella dimensione dei frutti, nella maturazione, nella regolazione ormonale, nel metabolismo e nello sviluppo di fiori, semi e foglie.

Il gruppo ha anche trovato varianti strutturali associate alla regolazione dell’espressione dei geni coinvolti nella biosintesi dei lipidi nella buccia del frutto, che potrebbero aiutare a migliorare le prestazioni post-raccolta. Conclude Zhangjun Fei:

“Tanta varietà genetica è stata persa durante l’addomesticamento del pomodoro. Ma il nostro studio potrebbe aiutare a recuperare parte di quella diversità e riportare i pomodori al loro sapore e alla loro qualità originari ma, soprattutto, a essere più resistenti agli agenti atmosferici e alle patologie che colpiscono la pianta”