Attività
Il mais è il cereale d’elezione per l’agricoltura italiana per l’elevata potenzialità produttiva della coltura e per l’alto valore nutritivo del foraggio: elementi che si traducono in rilevanti vantaggi economici sia per la riduzione del costo unitario dell’energia, sia per l’incremento delle produzioni zootecniche per unità di superficie. La coltura (circa 11 Mt di granella nel 2007; 2,6 milioni di € di Plv) fornisce circa il 50% della produzione nazionale di granella dei cereali a cui si sommano le produzioni di foraggio integrale (280mila ettari; 18mila UF/ha, Plv equivalente oltre 600mila €). Il mais è anche una pianta preziosa perché assicura la materia prima da impiegarsi per una molteplicità di prodotti alimentari e industriali; ciò è evidenziato dalle riguardevoli quantità di granella di mais che tutti gli anni vengono lavorate dalle industrie di trasformazione. E’ convinzione generale che la specie troverà ulteriore sviluppo nei progetti di “chimica verde” e come risorsa energetica rinnovabile (biocarburanti). Il futuro della maiscoltura italiana dipenderà, quindi, sempre più dalla capacità di mettere a punto ibridi più produttivi, più facilmente coltivabili e dotati di una differenziazione qualitativa delle produzioni in grado di recuperare la redditività della coltura.
Miglioramento genetico del mais
La ricerca vuole garantire l’intervento in loco sul miglioramento genetico di questa pianta per massimizzarne la produttività di granella e di trinciato integrale, per sviluppare materiali di base dotati di caratteri morfofisiologici per massimizzare la produzione quanti-qualitativa sia in condizioni di elevate concimazioni e di irrigazione sia in condizione di low input energetico e per la formazione di ibridi adatti al nostro ambiente sempre più stabili e produttivi e per impieghi speciali. In particolare l’attività è indirizzata alla:- creazione di nuovi gruppi d’eterosi;
- avanzamento dei pool genici di base, costituzione di linee parallele superiori e di ibridi competitivi per gli ambienti italiani, al fine di massimizzare la stabilità produttiva in situazioni di ridotti apporti tecnici (fertilizzanti, acqua, fitofarmaci, ecc.) e stress ambientali (virus, insetti, siccità, funghi);
- caratterizzazione dei materiali competitivi in relazione alle specifiche “qualità d’uso” per i diversi utilizzatori finali con valutazione dell’entità dell’effetto genotipo e dell’effetto genotipo x ambiente;
- costituzioni di materiali “moderni” con caratteristiche di spiga-granella mutuate dai gruppi tradizionali italiani;
- selezione assistita da marcatori che permettono di accelerare il miglioramento genotipico permettendo di ridurre gli individui valutati in prove di campo.
Miglioramento quantitativo
Composizione quanti-qualitativa
Le proteine di riserva del seme di mais hanno un basso valore nutritivo per l’alimentazione umana e degli animali monogastrici in quanto carenti di lisina e triptofano. L’ottenimento di mais con una composizione aminoacidica più favorevole viene conseguito mediante interventi di ordine genetico. Le mutazioni endospermiche disponibili, in particolare la mutazione o2, che hanno una più equilibrata composizione aminoacidica costituiscono un buon materiale di partenza per l’ottenimento di ibridi migliorati da coltivare. Il cosiddetto “mais opaco” che ha tutte le caratteristiche per essere considerato di buona qualità ai fini alimentari, presenta svantaggi di ordine pratico a causa della struttura farinosa del seme. L’Unità ha in corso di selezione sintetiche opache con fenotipo modificato che consentono di costituire ibridi di interesse agronomico. Recentemente, parte dell’attività è impiegata a costituire ibridi con granella a frattura vitrea e sembra giustificata la costituzione di ibridi dotati di queste caratteristiche adatti agli ambienti italiani.Riduzione della presenza di micotossine
La granella del mais, dal punto di vista micotossicologico, presenta rischi di accumulo di micotossine in quanto attaccata da numerose specie fungine in grado di produrre un ampio spettro di metaboliti tossici. Lo sviluppo di sistemi di resistenza della pianta utili a prevenire contaminazione con micotossine prima della raccolta e lo sviluppo di meccanismi atti a degradare le tossine stesse, sono verosimilmente strategie favorevoli. Gli obiettivi della ricerca prevedono:- monitoraggio della presenza di Fusarium spp. e Aspergillus e del livello di tossine nella granella di mais;
- identificazione geni e di composti naturali prodotti dalle piante per prevenire la contaminazione dei funghi sopraccitati;
- messa a punto di metodologie analitiche per determinare il contenuto di tossine in laboratorio e mediante screening rapido;
- messa a punto di metodologie volte alla valutazione del grado di resistenza di genotipi di mais a Fusarium e a Aspergillus, tramite metodi di screening basati su infestazione artificiale in prove di campo e su biosaggi di laboratorio;
- sviluppo di piante dotate di maggior resistenza all’attacco di patogeni e/o all’accumulo di micotossine.
Composti bioattivi
Numerose componenti della granella del mais sono altresì dotate di valore farmacologico e nutraceuticals. E’ pertanto previsto di arricchire e ampliare il repertorio genetico del seme del mais, con l’identificazione di geni e varietà che specificano nuove caratteristiche ad alto valore aggiunto quali composti con azione antiossidante, sintesi di biopolimeri, produzione di vaccini orali ed enzimi industriali. Risulta altresì evidente la necessità di incentivare l’attività di ricerca per identificare geni importanti che controllano le vie biosintetiche attive nel seme al fine di consentire la produzione di molecole di elevato valore commerciale e per migliorare la qualità dei prodotti del seme sia per impieghi industriali che alimentari.Varietà dedicate a produzioni energetiche
Tra le diverse colture impiegabili per produzioni agro-energetiche, il mais appare cereale d’elezione, in particolare per la produzione di bioetanolo, per l’elevata potenzialità produttiva della coltura e per l’alto valore di trasformazione in biocombustibili. Il mais è anche una pianta preziosa perché assicura la materia prima da impiegarsi nei progetti di “chimica verde” per la sintesi di materiali organici (acidi organici, polimeri, plastiche, surfattanti, lubrificanti) di elevato valore aggiunto, capaci di sostituire i prodotti derivati dal petrolio. L’obiettivo generale delle ricerche mira a:- identificare varietà idonee e sviluppare indicatori energetici per innalzare gli standard quanti-qualitativi per produzioni di biogas e etanolo per trazione (biocarburanti) attraverso un approfondimento delle conoscenze varietali, genetiche e biochimiche, dei processi produttivi delle piante e dei microrganismi per migliorare l’adattabilità e le rese energetiche;
- mettere a punto le tecniche agronomiche per ottimizzare queste produzioni negli ambienti italiani;
- realizzare il trasferimento delle informazioni in prodotti commerciali innovativi per produzioni di energia rinnovabile;
- valutare la fattibilità tecnica ed economica della coltura del mais destinata a produzione di bioetanolo per autotrazione e biogas per produzione di energia.
Il miglioramento genetico della specie
L’attività di miglioramento genetico del mais è adeguatamente fiancheggiata da alcune ricerche di genetica e biochimica per gruppi di mutazioni che interferiscono con la sintesi delle cere, dei carboidrati, delle proteine di riserva e ricerche sugli elementi di controllo che condizionano la mutagenicità di trasposizione. Queste informazioni sono utili per chiarire i meccanismi genetici e biologici che determinano la sintesi di importanti composti e l’induzione di variabilità genetica al fine di una loro possibile applicazione pratica in programmi di miglioramento genetico del mais. Sono, altresì, in corso ricerche miranti a chiarire i meccanismi di regolazione genica basati sulla variazione della struttura della cromatina, delle modifiche istoniche e della loro correlazione con il controllo della trascrizione genica in pianta e in endospermi di mais. Questa attività ha portato all’identificazione e alla caratterizzazione funzionale della prima istone deacetilasi del tipo Rpd3 in specie vegetali. E’ stata, inoltre, sviluppata una tecnologia specifica per lo studio dei meccanismi epigenetici in mais applicabile anche ad altre piante coltivate. Attualmente l’attività di ricerca è orientata verso l’utilizzo di tecnologie per lo studio su ampia scala dell’intero epigenoma e verso l’uso di tali tecnologie per l’analisi dei ruolo dei meccanismi epigenetici nei fenomeni dell’eterosi nel mais e dell’interazione tra epigenetica e ambiente.Uso di marcatori molecolari del DNA nel miglioramento genetico
Nel mais la presenza di uno straordinario grado di polimorfismo genetico per marcatori molecolari del DNA (RFLP, AFLP, SSR e SNP), è favorevolmente utilizzabile per scomporre l’architettura genetica di caratteri complessi e agronomicamente importanti, rendendo eventualmente possibile una semplice analisi mendeliana degli stessi. Le ricerche mirano ad impiegare i marcatori molecolari del DNA per migliorare l’efficienza della selezione sia di caratteri a base genetica semplice, quale ad esempio la resistenza agli insetti, sia per identificare blocchi genici che influenzano importanti caratteri agronomici, quale la produzione, la stabilità ambientale, la qualità del prodotto.Analisi dei meccanismi genetici e molecolari che influenzano i processi produttivi del seme
L’acquisizione di conoscenze scientifiche a sostegno del miglioramento quanti-qualitativo dei processi produttivi del seme del mais è per il sistema agroalimentare, un’occasione di marketing; ciò a beneficio della produzione alimentare “made in Italy”, di elevato valore qualitativo basata sui prodotti tipici della trasformazione agroindustriale del mais (latte e derivati, carni e derivati, semole) commercializzati sui mercati mondiali. Il seme del mais rappresenta anche una delle maggiori fonti rinnovabili di carboidrati complessi e di oli necessari per la trasformazione industriale. L’attenzione si sta attualmente spostando sulla modificazione delle reti biosintetiche del seme al fine di cambiare i metaboliti esistenti o produrne di nuovi. Gli obiettivi delle ricerche sono volti ad accrescere le conoscenze scientifiche sulle caratteristiche quanti-qualitative del seme per lo sviluppo di varietà di mais più aderenti alle necessità di mercato e per migliorare la qualità degli alimenti da essi derivati, valorizzando anche i prodotti tipici e di nicchia. Il progetto mira anche allo sviluppo di tecniche genetiche innovative per lo studio ed il miglioramento di uno dei processi produttivi delle piante avente maggiore interesse dal punto di vista economico ed agronomico: lo sviluppo e la germinazione del seme del mais. Gli obiettivi specifici di queste ricerche sono diretti a:- realizzare una piattaforma tecnologica al servizio della genetica del seme;
- sviluppare marcatori molecolari di nuova concezione e ad alta efficienza;
- ricostruire in silico le principali vie biosintetiche del seme e analizzare i profili di espressione dei geni coinvolti;
- identificare marcatori di tipo SNP associati ai geni identificati (geni candidati) e geni utili a modificare il metabolismo cellulare per l’accumulo di composti di interesse alimentare e industriale;
- identificare geni e passaggi regolativi che hanno un effetto primario per il miglioramento del seme;
- sviluppare piante innovative ad alto valore aggiunto per l’industria di trasformazione.
Costituzione varietale
La struttura conduce l’unico programma di miglioramento genetico in atto nel Paese e nel sud-europa. La specie è strategica per lo sviluppo dell’industria sementiera per i notevoli ritorni economici sostenuti per R&S di nuove varietà. Le più recenti costituzioni riguardano:- Mais varietà sintetiche;
- Mais linee pure;
- Mais ibridi (formulati).