La progenie di una nuova combinazione è più vigorosa e produttiva delle piante parentali.
Nuove piante innestate - costituite da portainnesto epigeneticamente modificato per "credere" che sia stato sotto stress - unite a un rampollo non modificato, o germoglio fuori terra, danno origine a una progenie che è più vigorosa, produttiva e resiliente delle piante parentali.
Questa è la sorprendente scoperta di un team di ricercatori che ha condotto prove sul campo su larga scala con piante di pomodoro in tre luoghi ampiamente separati su più generazioni di piante. Sostengono che la scoperta, frutto di una collaborazione tra Penn State, l'Università della Florida e una piccola start-up in Nebraska, abbia importanti implicazioni per la selezione delle piante.
Le piante di pomodoro innestate coinvolte nella ricerca hanno prodotto semi che hanno portato a una progenie che era, in media, il 35% più produttiva. E quel vigore di crescita è persistito nella progenie per cinque generazioni nello studio. Credito:Penn State
Poiché la tecnica coinvolge l'epigenetica - manipolando l'espressione dei geni esistenti e non l'introduzione di nuovo materiale genetico da un'altra pianta - le colture allevate utilizzando questa tecnologia potrebbero eludere le controversie associate agli organismi geneticamente modificati e al cibo. Questa è la speranza della leader del gruppo di ricerca Sally Mackenzie, professoressa di scienze vegetali al College of Agricultural Sciences e professoressa di biologia all'Eberly College of Science della Penn State.
Impostazione di piante di pomodoro modificate epigeneticamente... I ricercatori ritengono che questa sia la prima vera dimostrazione di un metodo di allevamento epigenetico suscettibile di agricoltura. Dicono che la tecnologia sia pronta per essere implementata immediatamente dai coltivatori di piante agricole. Credito:Penn State
"Sebbene l'abbiamo fatto con il pomodoro, può essere fatto con qualsiasi pianta", ha detto. “Pensiamo che questo studio rappresenti un importante passo avanti nel mostrare il potenziale dell'allevamento epigenetico per le colture. E in seguito, avrà importanti implicazioni per alberi e foreste di fronte al cambiamento climatico”.
Basandosi su una precedente ricerca condotta dal gruppo di ricerca di Mackenzie alla Penn State, il portainnesto proveniva da piante di pomodoro in cui i ricercatori hanno manipolato l'espressione di un gene chiamato MSH1 per indurre la "memoria da stress". Quella memoria viene ereditata da alcuni discendenti, dando loro il potenziale per una crescita più vigorosa, resistente e produttiva.
Il gene MSH1 ha consentito ai ricercatori di accedere al percorso che controlla un'ampia gamma di reti di resilienza delle piante, ha spiegato Mackenzie, che è Lloyd e Dottie Huck Chair for Functional Genomics e direttore del Plant Institute di Penn State. "Quando una pianta subisce uno stress come siccità o calore estremo prolungato, ha la capacità di adattarsi rapidamente al suo ambiente per diventare fenotipicamente" plastica "o flessibile", ha detto. "E, a quanto pare, 'ricorda'".
La scoperta che quei tratti "ricordati" sono passati dalle radici attraverso l'innesto alla cima della pianta — pubblicata oggi (22 ottobre 2020) in Nature Communications — è estremamente importante, ha sottolineato Mackenzie. Le piante di pomodoro innestate coinvolte nella ricerca hanno prodotto semi che hanno portato a una progenie che era, in media, il 35% più produttiva - un risultato sorprendente, ha osservato. E quel vigore di crescita è persistito nella progenie per cinque generazioni nella ricerca.
Xiaodong Yang, assistente professore di biologia (a sinistra) e Hardik Kundariya, che ha recentemente completato i suoi requisiti per il dottorato, hanno guidato il progetto nel laboratorio Mackenzie per dimostrare gli effetti della manipolazione epigenetica sulle prestazioni delle piante. Qui, vengono mostrati mentre valutano piante di Arabidopsis epigeneticamente modificate per i cambiamenti nella crescita. Credito:Penn State
Anche le piante sono più resistenti, secondo Mackenzie. Durante una componente dello studio presso il Russell E. Larson Agricultural Research Center della Penn State nel 2018, le tempeste sono cadute per oltre 7 pollici di pioggia ad agosto, inondando i campi di pomodori. L'acqua accumulata ha spazzato via le piante che facevano parte di altre prove di ricerca. Tuttavia, le piante che erano la progenie delle piante innestate con il portainnesto manipolato epigeneticamente sopravvissero per lo più e poi prosperarono.
La progenie delle piante innestate ha mostrato una sopravvivenza superiore anche nelle altre prove sul campo condotte in California e Florida.
La ricerca è la prima vera dimostrazione di un metodo di allevamento epigenetico adattabile all'agricoltura, ha affermato Mackenzie, aggiungendo che la tecnologia è pronta per essere implementata immediatamente.
“Tutto quello che stiamo facendo, qualsiasi coltivatore di piante in agricoltura può farlo, e ora abbiamo dimostrato su larga scala che ha un valore agricolo. È pronto per l'uso:un allevatore potrebbe leggere questo e implementare il sistema per migliorare la propria varietà", ha affermato Mackenzie.
Riferimento:"Il vigore della crescita ereditabile migliorato indotto da MSH1 attraverso l'innesto è associato al percorso RdDM nelle piante" di Hardik Kundariya, Xiaodong Yang, Kyla Morton, Robersy Sanchez, Michael J. Axtell, Samuel F. Hutton, Michael Fromm e Sally A. Mackenzie, 22 ottobre 2020, Comunicazioni sulla natura .
DOI:10.1038/s41467-020-19140-x
Nella ricerca alla Penn State sono stati coinvolti anche:Michael Axtell, professore di biologia; Xiaodong Yang, assistente professore di biologia; Robersy Sanchez, professore associato di biologia; e Hardik Kundariya, studente laureato in biologia; Samuel Hutton, Università della Florida; e Michael Fromm e Kyla Morton, EpiCrop Technologies, Lincoln, Nebraska.
Il lavoro è stato sostenuto da finanziamenti della National Science Foundation, del National Institutes of Health e del National Institute of Food and Agriculture del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti.
