Le leggende metropolitane sul miglioramento delle piante coltivate. Quarta puntata

di Alberto Giudorzi

Le piante che coltiviamo oggi consumano relativamente più acqua?

La selezione fenotipica, che è quella fino ad ora praticata, si è basata su una valutazione visiva del fenotipo delle piante coltivate al fine di selezionare dei genotipi per uno o più versi vantaggiosi; volgarizzando possiamo dire che fino ad ora abbiamo selezionato tipologie varietali in funzione di ciò che vedevamo sperando, però, che queste si trasmettessero alla discendenza, ma ben si sa che questo tipo di selezione ha due limiti:

• la difficoltà di valutare un genotipo solo sulla base del fenotipo a causa delle modifiche che quest’ultimo subisce a seguito dell’interazione con l’ambiente circostante (il che si traduce in un più basso tasso di ereditabilità); 
• la non conoscenza dei geni ereditabili che supportano un dato fenotipo. 

Gli esempi di questo impasse sono evidenti quando si osservano le produzioni ottenute in condizioni ottimali dalle piante coltivate con le loro medie pluriennali: ad esempio il mais può produrre 20 t/ha mentre la media è di 10 t nelle migliori agricolture, la barbabietola da zucchero può produrre 20t/ha di zucchero ma le medie europee sono intorno alle 10 t, il frumento ha anch’esso la possibilità di approssimarsi alle 20 t/ha ma le medie europee sono di 7 t. Cinque sono le categorie di fattori che provocano gli scarti suddetti: climatiche, agronomiche, genetiche, socio-economiche e politiche. 

Tra i fattori climatici l’acqua ha un’influenza preponderante perché le piante per termoregolarsi evitando di raggiungere temperature incompatibili con la vita devono far uscire attraverso gli stomi come minimo 300-500 g d’acqua per ogni grammo di carbonio organicato. 

Gli interventi possibili per ridurre la quantità d’acqua spesa per grammo di carbonio organicato sono di due ordini: genetici ed agronomici. I primi sfruttano la variabilità esistente nelle piante nel rispondere alla mancanza d’acqua. Le piante, infatti, possono mettere in atto quantomeno i seguenti meccanismi: 

1. adattare la durata del loro ciclo vegetativo e riproduttivo in modo da condurre le fasi più critiche in coincidenza con il periodo più umido 
2. interrompere temporaneamente l’attività vegetativa in carenza di precipitazioni 
3. ridurre le attività fisiologiche ai soli meccanismi vitali più indispensabili

L’aspetto di cui al punto 3 viene definito “tolleranza alla siccità”. 

Per rispondere alla domanda posta nel titolo ci soffermiamo a considerare il mais perché è fra le grandi colture quella che più risente degli stress idrici. Fino ad ora si è ovviato al primo limite della selezione fenotipica valutando il materiale vegetale mais attraverso coltivazioni eseguite negli ambienti più disparati possibili e quindi anche in una vasta gamma di condizioni meteo-climatiche. In tale approccio hanno avuto un ruolo non indifferente anche gli eventi meteorologici estremi. Ad esempio nel 1920, quando Pioneer iniziò lo sviluppo dei mais ibridi, incorse in una annata talmente siccitosa che quasi tutte le piante in prova mostrarono sterilità. Henry Wallace non demorse e continuò il lavoro con i soli tipi che meglio si erano comportati. Questo fatto aneddotico è fra le cause che spiegano il grafico sotto-riportato che mostra Il progresso delle rese in granella negli USA (Duvick 2005), andamento che è stato confermato anche in Francia (Welcker 2012), in coltivazioni irrigue e non irrigue (com’è logico le varietà di diversa età di costituzione sono state seminate nella medesima prova). Interessante anche comparare con i dati del grafico in figura 1 gli incrementi delle sole varietà Pioneer dal 1953 al 2001 in irriguo ed in condizioni di siccità moderata: il dato medio in irriguo indica un incremento di 189 kg/ha/anno mentre con siccità moderata l’incremento è stato di 146 kg/ha/anno (Campos et al. 2004). Sicuramente i dati superiori sono anche imputabili al fatto che il germoplasma aveva subito quel po’ po’ di pressione selettiva detta sopra. Non solo ma nel Nebraska, dove si coltivano 4 milioni ettari di mais, le produzioni di mais irriguo hanno plafonato, mentre quelle in asciutta continuano ad aumentare in maniera lineare; ciò sta ad indicare che vi sono ancora possibilità di migliorare l’utilizzazione dell’acqua anche con la selezione fenotipica.

Figura 1 – Trend produttivo delle varietà Pioneer dal 1953 al 2001 in irriguo ed in condizioni di siccità moderata.

Non si può neppure sottacere l’azione condotta dal CIMMYT sul mais per l’Africa, l’India e l’America del Sud. Da 30 anni ha impostato delle prove multilocali al fine di identificare varietà ibride adatte e commercializzarle libere da royalties. In particolare in Africa la collaborazione con le società sementiere maidicole, che hanno rinunciato a farne un business, ha permesso di ottenere la varietà ZM521 ormai coltivata per 1 milione di ettari in Africa del Sud e dell’Est. La sola creazione varietale però non è sufficiente in quanto per questi paesi occorre che il seme commerciale sia distribuito, abbia caratteristiche di purezza e di qualità e che gli agricoltori abbiano i mezzi per comprare le sementi. E’ in atto fin dal 2008 una collaborazione pubblico (CIMMYT)/privato (Monsanto) per sviluppare mais resistenti alla siccità in Africa. Il primo fornisce il germoplasma resistente, i siti dove provare i genotipi e nel contempo coordina anche i programmi delle singole nazioni africane per eseguire i test e sviluppare degli ibridi tolleranti la siccità, mentre il secondo fornisce le nuove biotecnologie. Tutto ciò fa parte del progetto WEMA (mais utilizzante più efficacemente l’acqua) finanziato dalla fondazione di Bill e Melinda Gates. In più la Fondazione africana di tecnologie Agricole (AATF), agenzia senza scopo di lucro, assicurerà l’operatività, incaricandosi dell’approvazione del transgene Monsanto nei vari paesi africani. In altri termini si parte dal germoplasma tollerante alla siccità messo a punto con selezione convenzionale dal CIMMYT su cui si innesterà una nuova fase di miglioramento tramite i marcatori molecolari (MAS) messi a punto dalla Monsanto ed infine si inserirà il transgene Monsanto che dovrebbe apportare un 15% in più di produzione in presenza di siccità. La Monsanto s’impegna a cedere senza pretendere diritti lo sfruttamento delle linee con il transgene in tutti quei paesi africani che ne faranno domanda. I paesi per ora interessati sono Africa del Sud, Mozambico, Kenia, Uganda e Tanzania. 

Il programma delineato potrebbe in prospettiva configurarsi come nel grafico in figura 2.

Figura 2 - Il grafico mostra il guadagno genetico cumulato e stimato dopo 20 anni se i mais fossero 

o meno selezionati per la tolleranza alla siccità o selezionati con metodi convenzionali di selezione 

(guadagno selettivo previsto di 100 kg/ha/anno), oppure con metodi tradizionali con aggiunta di 

selezione assistita da MAS (guadagno selettivo previsto di 150 kg/ha/anno). 

Se invece si prefigura in aggiunta l’uso del transgene citato e inserito ad intervalli di 5 anni, quindi 

su un contesto genetico via via migliore, si prevede che ogni volta che si trasferisce il transgene

il livello di resa dovrebbe aumentare del 15% . E’ evidente che ogni intervento è inteso come additivo. 

Il secondo limite era costituito dalla conoscenza del genoma del mais, la quale grazie alle biotecnologie non diviene più un aspetto limitante. Infatti i marcatori molecolari hanno già dato risultati importanti riuscendo ad individuare ad esempio i geni che riducono il ritardo della fioritura femminile rispetto a quella maschile, fenomeno questo che si accentua in presenza di siccità dando luogo a sterilità per mancata impollinazione con sensibili cali di resa. L’individuazione di questi e tanti altri geni rende oggi sempre più realizzabile la selezione genotipica (scelta diretta di geni favorevoli sicuramente ereditabili) e non più fenotipica (scelta dei geni tramite l’evidenziarsi di un carattere che non si sa quanto sia collegato ad un gene ereditabile). 

E’ opportuno a questo punto precisare che fin qui non siano ancora entrati nel campo degli OGM, ma questa tecnica sta dando importanti risultati. In particolare nel 2012 è entrata in commercio una varietà in cui è stato inserito il gene “cspB”, ricavato dal Bacillus subtilis, che sembra apportare un aumento di produttività del 6-10% in quanto viene assicurata la fotosintesi nel periodo vegetativo e riproduttivo anche durante periodi di stress idrico. Noi europei abbiamo goduto di tutta la selezione fenotipica e di parte di quella assistita da marcatori molecolari, ma la nostra chiusura al mais OGM ci priverà di buona parte dell’ultima genetica assistita dai marcatori e totalmente di quella che la legge vieta perché dà varietà OGM. 

Prima puntata

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Terza puntata

Bibliografia consultata: 
Gallais A., Hétérosis et variétés hybrides e amélioration des plantes - Editions Quae 2009
Gallais A., Méthodes de création des variétés en amélioration des plantes - Editions Quae 2011
Gallais A., De la domestication à la transgènese. Evolution des outils pour l’amelioration des
des plantes – Editions Quae 2000
Gallais A., Ricroch A., Plantes trangéniques : faits et enjeux – Editions Quae – 2006
AA.VV, Cinquante ans d’Amelioration des plantes au service de l’agriculture : bilan défis, et enjeux pour demain. Atti Journée ASF 2006
Mariani L., 2014. Agronomia. Cusl, Milano, 344 pp.
Agnés Rcroch, Yvette Dattée & Marc Fellous – Biotechnolgies Végétales – Environnement, alimentation, santé – Vuibert AFBV 2011

Alberto Giudorzi

Agronomo. Diplomato all' Istituto Tecnico Agrario di Remedello (BS) e laureto in Scienze Agrarie presso UCSC Piacenza. Ha lavorato per tre anni presso la nota azienda sementiera francese Florimond Desprez come aiuto miglioratore genetico di specie agrarie interessanti l'Italia. Successivamente ne è diventato il rappresentante esclusivo per Italia ; incarico che ha svolto per 40 anni accumulando così conoscenze sia dell'agricoltura francese che italiana.