Il contributo della genomica alla valorizzazione dei frumenti autoctoni

Le varietà antiche sono grani che erano diffusi in un tempo non necessariamente remoto, e che oggi non lo sono più perché caratterizzate da rese per ettaro basse e perché poco adatte ad una coltivazione intensiva. L’aggettivo “antico”, dunque, è usato impropriamente ed ha una connotazione più commerciale che reale. Sarebbe preferibile indicare queste varietà come varietà autoctone o landraces. Dopo la “rivoluzione verde” della metà del XX secolo, le varietà autoctone di frumento sono state progressivamente sostituite con cultivar a taglia bassa più produttive. Questo ha comportato una progressiva erosione genetica (perdita di variabilità) dovuta all’eccessiva uniformità varietale e all’alto grado di specializzazione degli agroecosistemi.
I risultati recentemente ottenuti in frumento rimarcano la necessità di esplorare l’ampia biodiversità che caratterizza le risorse genetiche poco sfruttate o inesplorate in modo da utilizzarla nei programmi di breeding. Le varietà autoctone, infatti, sono dotate di capacità di adattamento ambientale, di tolleranza agli stress e di peculiari caratteristiche qualitative, e rappresentano una potenziale fonte di alleli favorevoli per lo sviluppo di nuove combinazioni genotipiche (varietà). La necessità di garantire la conservazione a lungo termine delle varietà autoctone di frumento appare, pertanto, indispensabile.
Lo sviluppo delle tecnologie innovative di sequenziamento e la disponibilità della sequenza genomica del frumento duro e del frumento tenero stanno favorendo l’esplorazione del cosiddetto “spazio di sequenza” e la cattura e lo studio della variabilità nucleotidica intra- ed inter-specie. La genomica di popolazioni si basa, per l’appunto, sul confronto su larga scala delle sequenze di DNA tra accessioni in una popolazione al fine di identificare e definire le differenze (i.e., genotipizzazione) e generare nuova conoscenza sulla natura e sull'entità della diversità genetica all'interno di collezioni di germoplasma. A causa della loro straordinaria abbondanza nel genoma, i polimorfismi a singolo nucleotide (SNP; single nucleotide polymorphisms) sono considerati i marcatori d’elezione per studiare tale variabilità. Ciò ha portato alla proliferazione di metodi e protocolli d’identificazione degli SNP basati sulle tecnologie di sequenziamento di nuova generazione. Tra questi occorre citare: il risequenziamento dei genomi (WGR; whole genome resequencing); la cattura, arricchimento e sequenziamento di regioni bersaglio; e il sequenziamento a rappresentazione ridotta (RRS; reduced-representation sequencing) altrimenti noto come sequenziamento frazionale del genoma. Quest’ultima tecnologia consente un accesso casuale al genoma e prevede il sequenziamento solo di una sua piccola porzione. Un approccio alternativo, ancora ampiamente utilizzato in frumento nonostante il costo decrescente delle tecnologie di sequenziamento, è l’uso di SNP array ad alta densità.
Il recente lavoro di Taranto et al. (2022) rappresenta un esempio delle potenzialità delle tecniche di genotipizzazione applicate allo studio della diversità genetica di varietà autoctone di frumento. Gli autori hanno confrontato su larga scala le sequenze di DNA di oltre 350 accessioni, raggruppate in 12 popolazioni appartenenti a due collezioni di TIMILIA e RUSSELLO, due varietà autoctone della Sicilia. Le accessioni sono state genotipizzate mediante SNP array e l'analisi della variabilità genetica intra- e inter-popolazione ha mostrato che: (i) esistono due gruppi di RUSSELLO associati a diverse aree geografiche: il primo include accessioni raccolte sui monti Iblei della Sicilia sud-orientale note con il nome di RUSCÌA, mentre il secondo comprende accessioni campionate nella Sicilia centro-occidentale e geneticamente molto simili alla varietà russa TANGAROG, dalla quale RUSSELLO avrebbe avuto origine; (ii) i due gruppi di RUSSELLO differiscono per caratteri legati alla qualità del glutine e all’adattamento; (iii) le accessioni della popolazione TIMILIA, pur presentando un'ampia variabilità genetica, hanno subito una selezione conservativa a causa delle loro caratteristiche distintive (es. reste nere).
In conclusione, la comunità scientifica dispone di validi strumenti per esplorare ed indagare l’ampia diversità genetica che caratterizza le varietà autoctone di frumento; individuare variazioni nucleotidiche associate a caratteri agronomici, morfologici, qualitativi, fisiologici, e legati alla resistenza/tolleranza agli stress (a)biotici; comprendere la relazione tra genotipo (variazioni del codice genetico) e fenotipo (i caratteri osservabili dell'organismo). Questi strumenti stanno dando ulteriore impulso ai programmi di conservazione delle varietà locali, volti a preservarne il patrimonio genetico e renderlo disponibile per il miglioramento genetico.