Trasformazione genetica delle piante: aspetti scientifici ed applicazioni pratiche
di Luisa Rubino e Giovanni P. Martelli
- 18 May 2011
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La trasformazione genetica per usi scientifici è stata utilizzata per lo studio della replicazione dei tombusvirus, patogeni delle piante con genoma ad RNA costituito da 5 geni, con ciascuno dei quali sono state trasformate piante di Nicotiana benthamiana. La proteina dell’involucro proteico delle particella virale (CP) del tombusvirus Cymbidium ringspot virus (CyRSV) espressa transgenicamente ha conferito alle piante resistenza all’infezione con virioni, ma non con RNA nudo. La CP transgenica ha mostrato funzione polivalente, essendo in grado di incapsidare un RNA subvirale in assenza dell’RNA genomico, proteggendolo dalla degradazione da parte del sistema di difesa della pianta, e di formare virioni vuoti, che possono localizzarsi nei mitocondri.
Le piante trasformate con il gene della polimerasi di CyRSV sono immuni all’infezione con RNA virale. In questo caso la resistenza è mediata dall’RNA e non dalla proteina. La polimerasi transgenica si localizza sulla membrana dei perossisomi, in cui il virus si replica, inducendo un’abbondante proliferazione di questi organelli e di membrane. L’espressione della polimerasi in piante transgeniche ha permesso la determinazione dei suoi segnali di indirizzamento alle membrane cellulari.
Sulla base di questi risultati è stato possibile ipotizzare un modello del sito di replicazione dei tombuvirus, in cui le proteine che compongono il complesso replicativo virale si integrano nella membrana all’interno delle vescicole dell’organello bersaglio dell’ospite, (perossisomi o mitocondri trasformati in “corpi multivescicolare”) insieme ai fattori dell’ospite necessari e all’RNA stampo del virus. I dati ottenuti con questo sistema modello sono potenzialmente trasferibili ad altri virus, patogeni delle piante e dei vertebrati.
Tra le molteplici applicazioni pratiche della transgenesi, ci si è soffermati sul suo uso per l’induzione di resistenza ai virus mediata da geni virali (resistenza derivata dal patogeno). A tutt’oggi sono state sperimentalmente trasformate una quarantina di specie vegetali per la resistenza a oltre 60 virus diversi ma solo due di esse vengono per il momento coltivate commercialmente su scala relativamente ampia: circa 7.000 ha di papaia trasformata con la CP del virus della maculatura anulare (PRSV) tra USA ed estremo oriente (Taiwan, Cina, Tailandia), e circa 2000 ha di zucca negli USA.
Assai più successo hanno avuto le coltivazioni transgeniche di cinque specie vegetali resistenti ad insetti (mais e cotone) o erbicidi (soia, colza, erba medica), che rappresentano la quasi totalità delle piante GM in coltura nel mondo.
Nel 2010, 15,4 milioni di agricoltori in 29 diversi Paesi (10 “industriali” e 19 “in via di sviluppo”) hanno investito 148 milioni di ettari (erano 1,7 milioni nel 1966) a colture transgeniche, la cui superficie cumulativa dal 1996 al 2010 ha superato il miliardo di ettari (equivalente all’area totale degli Stati Uniti o della Cina). Più della metà della popolazione mondiale (59%, ovvero circa 4 miliardi di persone) vive nei 29 Paesi che coltivano piante transgeniche.
Secondo le stime dell’ISAAA (International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications) dal 1996 al 2009, le colture transgeniche hanno contribuito:
1. Alla sostenibilità, mediante l’aumento delle produzioni agrarie per un controvalore di 65 miliardi di $ US.
2. Al miglioramento dell’ambiente, attraverso il risparmio di 393 milioni di kg di principi attivi di pesticidi.
3. Alla conservazione della biodiversità attraverso il recupero di 75 milioni di ettari di terreno.
4. Alla attenuazione della povertà, attraverso il reddito procurato a 14,4 milioni di piccoli coltivatori tra i più indigenti al mondo.
Le piante trasformate con il gene della polimerasi di CyRSV sono immuni all’infezione con RNA virale. In questo caso la resistenza è mediata dall’RNA e non dalla proteina. La polimerasi transgenica si localizza sulla membrana dei perossisomi, in cui il virus si replica, inducendo un’abbondante proliferazione di questi organelli e di membrane. L’espressione della polimerasi in piante transgeniche ha permesso la determinazione dei suoi segnali di indirizzamento alle membrane cellulari.
Sulla base di questi risultati è stato possibile ipotizzare un modello del sito di replicazione dei tombuvirus, in cui le proteine che compongono il complesso replicativo virale si integrano nella membrana all’interno delle vescicole dell’organello bersaglio dell’ospite, (perossisomi o mitocondri trasformati in “corpi multivescicolare”) insieme ai fattori dell’ospite necessari e all’RNA stampo del virus. I dati ottenuti con questo sistema modello sono potenzialmente trasferibili ad altri virus, patogeni delle piante e dei vertebrati.
Tra le molteplici applicazioni pratiche della transgenesi, ci si è soffermati sul suo uso per l’induzione di resistenza ai virus mediata da geni virali (resistenza derivata dal patogeno). A tutt’oggi sono state sperimentalmente trasformate una quarantina di specie vegetali per la resistenza a oltre 60 virus diversi ma solo due di esse vengono per il momento coltivate commercialmente su scala relativamente ampia: circa 7.000 ha di papaia trasformata con la CP del virus della maculatura anulare (PRSV) tra USA ed estremo oriente (Taiwan, Cina, Tailandia), e circa 2000 ha di zucca negli USA.
Assai più successo hanno avuto le coltivazioni transgeniche di cinque specie vegetali resistenti ad insetti (mais e cotone) o erbicidi (soia, colza, erba medica), che rappresentano la quasi totalità delle piante GM in coltura nel mondo.
Nel 2010, 15,4 milioni di agricoltori in 29 diversi Paesi (10 “industriali” e 19 “in via di sviluppo”) hanno investito 148 milioni di ettari (erano 1,7 milioni nel 1966) a colture transgeniche, la cui superficie cumulativa dal 1996 al 2010 ha superato il miliardo di ettari (equivalente all’area totale degli Stati Uniti o della Cina). Più della metà della popolazione mondiale (59%, ovvero circa 4 miliardi di persone) vive nei 29 Paesi che coltivano piante transgeniche.
Secondo le stime dell’ISAAA (International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications) dal 1996 al 2009, le colture transgeniche hanno contribuito:
1. Alla sostenibilità, mediante l’aumento delle produzioni agrarie per un controvalore di 65 miliardi di $ US.
2. Al miglioramento dell’ambiente, attraverso il risparmio di 393 milioni di kg di principi attivi di pesticidi.
3. Alla conservazione della biodiversità attraverso il recupero di 75 milioni di ettari di terreno.
4. Alla attenuazione della povertà, attraverso il reddito procurato a 14,4 milioni di piccoli coltivatori tra i più indigenti al mondo.
