Nuovi trucchi genetici per aumentare la resa delle colture prendono indizi dagli antichi contadini | Scienza

Quando i contadini anticamente i loro raccolti, alcuni conservavano il raccolto prodotto dalle piante più performanti e le seminavano l’anno successivo. Gradualmente, questa selezione ha portato a risultati sempre migliori, come l’aumento delle dimensioni e del numero di chicchi di mais, caratteristiche che hanno contribuito a spianare la strada al mais moderno. Ora, un team guidato da ricercatori in Cina ha identificato un singolo gene dietro questo cruciale aumento della produttività del mais e lo ha collegato anche ai primi miglioramenti nei raccolti di riso.

“Non ho mai visto niente di simile prima”, dice Matthew Paul, un genetista vegetale della Rothamsted Research, che non è stato coinvolto nel nuovo studio. E la scoperta suggerisce che potrebbe essere possibile migliorare altre colture di cereali, come il grano, semplicemente cambiando un singolo gene. “Trovare qualcosa di simile in grado di muovere l’ago è intrigante”, afferma Jeff Habben, fisiologo vegetale di Corteva, un’azienda che alleva nuove varietà di mais e altre colture.

La resa in granella è in genere controllata da un insieme complesso di molti geni, il che rende difficile per i coltivatori di piante tradizionali ottenere più che guadagni incrementali ogni anno. Nel 2004, il genetista e allevatore del mais Li Jiangsheng della China Agricultural University (CAU) ha iniziato a esplorare la genetica del teosinte, il gracile antenato selvatico del mais, che all’inizio ha addomesticato gli agricoltori e allevato per creare mais commestibile. Un grande cambiamento: mentre il teosinte ha solo due file di chicchi, il mais moderno ne ha più di una dozzina. Per capire cosa è cambiato geneticamente, Li e colleghi hanno passato anni a creare un tipo sperimentale di mais intermedio con sei file.

Mappando i marcatori genetici, Li e un team ancora più numeroso hanno identificato un gene che influenza il numero di file di chicchi in questo mais coltivato in laboratorio. Hanno chiamato il gene KRN2, per il numero di riga del kernel. Sono stati dimostrati due tipi di esperimenti KRN2gli effetti. Quando i ricercatori hanno aumentato l’attività del gene, le piante hanno prodotto pannocchie con due file di noccioli in meno. Al contrario, quando eliminavano o disattivavano il gene, le piante producevano pannocchie con due file aggiuntive. Nei test sul campo, l’eliminazione del gene ha aumentato il peso del raccolto di mais del 10% senza effetti collaterali indesiderati evidenti, il team riferisce oggi in Scienza.

I ricercatori affermano che i loro studi suggeriscono che gli antichi coltivatori di mais erano, in effetti, selezionati per i cambiamenti genetici in una regione del DNA che mette un freno KRN2l’attività; quelle modifiche hanno allentato il freno, aumentando così le file del kernel. E il team ha scoperto che anche gli antichi coltivatori di riso potrebbero aver sfruttato un meccanismo genetico simile. Yang Xiaohong, un biologo molecolare del CAU, ha contribuito a dimostrare che un gene molto simile, che chiamano OsKRN2, ha la stessa funzione nel riso, influenzando il numero delle pannocchie, i piccoli rami portatori di semi. “Quando abbiamo ottenuto i risultati nell’autunno del 2020, eravamo entusiasti”, dice. I test sul campo hanno mostrato knock out OsKRN2 ha aumentato la resa del riso dell’8%.

I ricercatori stanno ancora cercando di capire esattamente come i due geni influenzino il numero di chicchi nel riso o nel mais. La maggior parte di questo lavoro riguarda varietà di riso e mais utilizzate principalmente per la ricerca, ma il team ha anche apportato modifiche KRN2 in una delle varietà di mais più comuni piantate in Cina, denominata Zhengdan958. “Ecco dove la gomma colpisce la strada, dal punto di vista del settore”, afferma Habben. I risultati iniziali suggeriscono che l’eliminazione del gene aggiunge una riga in più di noccioli.

Nel frattempo, i ricercatori del CAU stanno cercando di modificare una versione di KRN2 nel grano sul sospetto che KRN2 potrebbe anche aumentare i cereali in altri cereali. Anche il team CAU ha in programma di verificare se KRN2 potrebbe aiutare ad aumentare la resa del grano nei parenti selvatici delle erbe, un primo passo verso la creazione di nuove colture che hanno migliorato la resilienza a condizioni ambientali più difficili come la siccità o il caldo.

Potrebbero rivelarsi molti altri geni chiave delle colture che gli antichi agricoltori inconsapevolmente favorivano e che ora potrebbero essere messi a frutto dai moderni allevatori di piante. In un primo passo verso l’identificazione, un autore del nuovo studio, il selezionatore molecolare Yan Jianbing dell’Università agricola di Huazhong, ha cercato segni di selezione attraverso i genomi di riso e mais. Lui e colleghi hanno trovato 488 geni in aggiunta a KRN2 e OsKRN2 che ha subito la selezione in entrambi i grani. Kan Wang, un biologo molecolare della Iowa State University, è colpito dalla portata dell’analisi. “Forniscono grandi prove”, dice. “È un lavoro duro.”

Molti di questi geni sono coinvolti nel metabolismo dell’amido, il che ha senso perché le piante riempiono i loro semi di amido. Molto tempo fa, gli agricoltori probabilmente selezionavano piante portatrici di quei geni per aiutare a riempire i loro stomaci con raccolti più abbondanti di riso e mais.

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