Grano, scoperto gene responsabile della resa con nuova tecnica di editing genetico

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Un gene responsabile almeno al 50% del mantenimento della resa della pianta di grano è stato individuato da un team di ricercatori del John Innes Centre. Il gene ZIP4 sembra essere “responsabile della conservazione del 50% del chicco nel frumento”, come spiega Graham Moore, uno degli autori dello studio pubblicato su Scientific Reports.[1]

Editing genetico CRISPR

I ricercatori hanno usato gli sviluppi che si sono avuti nel corso negli ultimi anni della tecnologia di editing genetico CRISPR effettuando una scoperta che potrebbe avere un’influenza profonda per quanto riguarda la cultura di una delle piante che influisce di più sull’alimentazione globale. Con questa scoperta si potrebbe, infatti, sviluppare una nuova mutazione del gene che porterebbe a varietà di grano ad alto rendimento, più resistenti al calore e alle malattie.

Resistenza al calore

In particolare la resistenza al calore è una delle caratteristiche che interessano di più agli scienziati quando si parla di piante da coltura. Con i cambiamenti climatici in corso, infatti, si crede che le temperature tenderanno ad alzarsi sempre di più in futuro e ancora non è chiaro come piante relativamente sensibili, come quella del grano, possano rispondere in termini di resa.
Si ricorda che da questa pianta praticamente dipendono 2,5 miliardi di persone e quindi anche piccoli cambiamenti nella percentuale della resa possono essere un grosso vantaggio oppure possono essere catastrofici.

Le due funzioni del gene ZIP4

Il gene ZIP4 svolge due funzioni molto importanti per quanto riguarda la stabilizzazione del genoma del grano, e quindi della sua resa: promuove l’accoppiamento fedele dei cromosomi e sopprime l’incrocio tra cromosomi correlati.

Nuova pianta di grano mutante senza il gene ZIP4

I ricercatori hanno usato la tecnica CRISPR-Cas9 creando una nuova pianta di grano mutante senza il gene ZIP4 e quindi senza le due succitate funzioni. Le piante con il gene eliminato producevano il 50% in meno di cereali.

Nuova pianta con il gene ZIP4 modificato

Hanno poi creato una nuova pianta con il gene ZIP4 modificato in modo che ci fosse una “separazione delle funzioni”. In pratica la pianta perdeva la funzione di soppressione dell’incrocio tra cromosomi correlati ma manteneva la funzione della promozione dell’accoppiamento fedele dei cromosomi.
Questa pianta manteneva la stabilità cromosomica e la conservazione del numero dei grani. I ricercatori scoprivano, dunque, che sopprimendo la funzione di soppressione dell’incrocio tra cromosomi non riduceva la fertilità del grano quando all’altra funzione veniva invece preservata.

Nuove varianti di grano con maggiore resa in futuro?

“Finora l’importanza di questo secondo fenotipo per la conservazione del numero di grani non è stata chiara. Il nostro studio ha dimostrato che il nuovo mutante dovrebbe ora essere utilizzato nell’allevamento del grano per mantenere la resa e, poiché non ha la funzione di soppressione, per aumentare le possibilità di introgressione di successo di desiderabili segmenti cromosomici selvatici nel grano”, spiega Moore. La scoperta che separando le due funzioni nella pianta di grano non riduce la resa probabilmente porterà all’ideazione di nuove varianti che avranno una resa ancora maggiore di quella delle piante attuali.

Note e approfondimenti

  1. A separation-of-function ZIP4 wheat mutant allows crossover between related chromosomes and is meiotically stable | Scientific Reports (IA) (DOI: 10.1038/s41598-021-01379-z)

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