Le sette specie di anguria hanno un'incredibile quantità di diversità. Credito:Xingping Zhang/Syngenta
Un team internazionale di ricercatori ha esaminato in modo completo i genomi di tutte e sette le specie di cocomero, creando una risorsa che potrebbe aiutare i coltivatori di piante ad aumentare la qualità dei frutti domestici e la capacità di prosperare durante un'era di cambiamenti climatici.
Quando molte persone pensano all'anguria, probabilmente pensano a Citrullus lanatus , l'anguria coltivata con frutti rossi dolci e succosi apprezzata in tutto il mondo come dessert. In effetti, l'anguria è uno dei frutti più popolari al mondo, secondo solo al pomodoro, che molti considerano un ortaggio. Ma ci sono altre sei specie selvatiche di cocomero, tutte dai frutti pallidi, duri e amari.
I ricercatori hanno ora esaminato in modo completo i genomi di tutte e sette le specie, creando una risorsa che potrebbe aiutare i coltivatori di piante a trovare i geni dell'anguria selvatica che forniscono resistenza a parassiti, malattie, siccità e altre difficoltà e migliorare ulteriormente la qualità dei frutti. L'introduzione di questi geni nell'anguria coltivata potrebbe produrre angurie dolci di alta qualità in grado di crescere in climi più diversi, il che sarà particolarmente importante poiché i cambiamenti climatici sfidano sempre più gli agricoltori.
"Mentre gli esseri umani hanno addomesticato l'anguria negli ultimi 4.000 anni, hanno selezionato frutti rossi, dolci e meno amari", ha affermato Zhangjun Fei, membro della facoltà del Boyce Thompson Institute e co-leader dello sforzo internazionale.
Come descritto in un articolo pubblicato su Nature Genetics il 1° novembre, i ricercatori hanno realizzato queste intuizioni utilizzando un processo in due fasi. In primo luogo, hanno creato una versione migliorata di un "genoma di riferimento", che viene utilizzato da scienziati e allevatori di piante per trovare versioni nuove e interessanti di geni dai loro esemplari.
I parenti selvatici dell'anguria coltivata sono geneticamente molto diversi, il che li rende probabili fonti di geni che conferiscono tolleranza a parassiti, malattie e stress abiotici come la siccità e l'elevata salinità. Credito:Xingping Zhang/Syngenta
"Purtroppo, poiché le persone hanno reso le angurie più dolci e più rosse, il frutto ha perso alcune capacità di resistere a malattie e altri tipi di stress", ha affermato Fei, che è anche professore a contratto presso la School of Integrative Plant Science della Cornell University.
Fei ha co-guidato la creazione del primo genoma di riferimento dell'anguria utilizzando una varietà coltivata dell'Asia orientale chiamata "97103", pubblicata nel 2013.
"Quel primo genoma di riferimento è stato realizzato utilizzando le vecchie tecnologie di sequenziamento a lettura breve", ha detto Fei. "Utilizzando le attuali tecnologie di sequenziamento a lunga lettura, siamo stati in grado di creare un genoma di qualità molto superiore che sarà un riferimento molto migliore per la comunità dei cocomeri".
Il gruppo ha quindi sequenziato i genomi di 414 diversi cocomeri che rappresentano tutte e sette le specie. Confrontando questi genomi sia con il nuovo genoma di riferimento che tra loro, i ricercatori sono stati in grado di determinare la relazione evolutiva delle diverse specie di cocomero.
"Una delle principali scoperte della nostra analisi è che una specie selvatica ampiamente utilizzata negli attuali programmi di riproduzione, C. amarus , è una specie sorella e non un antenato come si credeva ampiamente", ha detto Fei.
In effetti, i ricercatori hanno scoperto che l'anguria coltivata è stata addomesticata eliminando l'amarezza e aumentando la dolcezza, la dimensione dei frutti e il colore della carne. Le varietà moderne sono state ulteriormente migliorate negli ultimi cento anni aumentando la dolcezza, il sapore e la consistenza croccante. I ricercatori hanno anche scoperto regioni del genoma dell'anguria che potrebbero essere estratte per continuare a migliorare la qualità dei frutti, ad esempio rendendoli più grandi, più dolci e più croccanti.
Negli ultimi 20-30 anni, i coltivatori hanno incrociato l'anguria coltivata con la specie sorella C. amarus e altri due parenti selvaggi, C. mucosperma e C. colocynthis , per rendere l'anguria da dessert più resistente ai parassiti dei nematodi, alla siccità e a malattie come l'appassimento di Fusarium e l'oidio.
Questi tipi di miglioramenti che utilizzano i parenti selvatici sono ciò che eccita Amnon Levi, un genetista ricercatore e allevatore di cocomeri presso il Dipartimento dell'agricoltura degli Stati Uniti, il servizio di ricerca agricola, il laboratorio vegetale degli Stati Uniti a Charleston, nella Carolina del Sud. Levi è un coautore dell'articolo e ha fornito il materiale genetico per molti dei cocomeri utilizzati nello studio.
"L'anguria dolce ha una base genetica molto ristretta", afferma Levi. "Ma c'è un'ampia diversità genetica tra le specie selvatiche, che offre loro un grande potenziale per contenere geni che forniscono loro tolleranza ai parassiti e agli stress ambientali".
Levi prevede di collaborare con BTI per scoprire alcuni di questi geni selvatici che potrebbero essere utilizzati per migliorare l'anguria da dessert, in particolare per la resistenza alle malattie.
"L'anguria è suscettibile a molte malattie e parassiti tropicali, i cui areali dovrebbero continuare ad espandersi insieme ai cambiamenti climatici", afferma Levi. "Vogliamo vedere se riusciamo a riportare in vita alcuni di questi geni di resistenza alle malattie selvatiche che sono andati perduti durante l'addomesticamento".
Altri coautori includevano ricercatori dell'Accademia delle scienze agrarie e forestali di Pechino e dell'Accademia cinese delle scienze agrarie.
Lo studio è stato sostenuto in parte da fondi del National Institute of Food and Agriculture Specialty Crop Research Initiative dell'USDA (2015-51181-24285) e della US National Science Foundation (IOS-1339287 e IOS-1539831).
Nello stesso numero di Nature Genetics , Fei e colleghi hanno anche pubblicato un documento simile analizzando 1.175 meloni, comprese le varietà di melone e melata. I ricercatori hanno trovato 208 regioni genomiche associate alla massa del frutto, alla qualità e alle caratteristiche morfologiche, che potrebbero essere utili per l'allevamento del melone. I due articoli sono stati anche oggetto di un editoriale e di un articolo di News &Views sulla rivista.
All'inizio di quest'anno, Fei, Levi e colleghi hanno pubblicato un genoma di riferimento dell'anguria "Charleston Grey", la principale varietà statunitense di C. lanatus per completare il genoma "97103" dell'Asia orientale.
