I ricercatori hanno utilizzato l'ingegneria genetica per creare un tipo di seme di cotone privo di una sostanza tossica per l'uomo. Ora gli esseri umani possono mangiare questi semi di cotone, che sono un'ottima fonte di proteine e fibre. Credito:Beth Luedeker
I tuoi cereali mattutini o farina d'avena. Il pane del tuo panino. Le patatine di mais per la merenda e i biscotti per il dessert. Non uno sarebbe possibile con il più umile degli ingredienti:il seme.
Semi come grano, riso e mais forniscono direttamente circa il 70% delle calorie consumate dalle persone ogni giorno. E alla fine forniscono quasi ogni boccone di cibo, fornendo mangime per il bestiame o coltivando frutta e verdura. Non è esagerato dire che senza semi la civiltà sarebbe impossibile.
Ma i semi hanno bisogno del nostro aiuto. Sono sotto stress a causa del cambiamento climatico e sotto pressione per nutrire una popolazione in crescita.
Decine di scienziati dedicati trascorrono la loro carriera lavorando per migliorare i semi. Stanno usando gli ultimi progressi scientifici per rendere i semi più grandi, più nutrienti e più resistenti allo stress.
Rodomiro Ortiz studia come la coltivazione delle piante può aiutare a raggiungere questi obiettivi. La sua ricerca è stata recentemente pubblicata su Crop Science , una rivista della Crop Science Society of America.
Un team di scienziati studia come allevare la quinoa per essere più tollerante al calore poiché alcune aree hanno sperimentato temperature in lento aumento o picchi di temperatura più frequenti ed estremi. Queste varietà tolleranti di quinoa produrranno semi, anche in condizioni difficili. Credito:Kevin Murphy
In quanto scienza alla base del miglioramento delle sementi, la selezione delle piante è la base per garantire che l'agricoltura soddisfi i bisogni dell'umanità.
"I semi generati dalla selezione delle piante hanno tratti desiderati che consentono un aumento della produttività, riducono la malnutrizione umana, migliorano la diversità genetica negli ecosistemi e garantiscono una produzione alimentare sostenibile sotto lo spettro del riscaldamento globale", afferma Ortiz.
L'allevamento classico delle piante non aggiunge DNA extra come fa l'ingegneria genetica. Invece, i coltivatori di piante incrociano piante che hanno ciascuna caratteristiche uniche e forti per creare una nuova pianta con diversi tratti benefici. Lo stesso processo è stato utilizzato da agricoltori e scienziati per migliaia di anni per produrre raccolti migliori.
Ma oggi i coltivatori di piante hanno accesso a più informazioni e più strumenti che mai. Ad esempio, l'uso diffuso del sequenziamento del DNA offre ai coltivatori di piante enormi quantità di dati sui geni utili. Determinando quali geni danno origine a quali tratti utili, i coltivatori di piante possono sviluppare nuove varietà di colture molto più rapidamente.
"La conoscenza della biologia dei semi derivata dal genoma può aumentare la produttività delle colture, migliorare l'approvvigionamento alimentare e nutrizionale attraverso la selezione delle piante", afferma Ortiz.
I fagioli secchi sono una fonte vitale di proteine in tutto il mondo. I ricercatori hanno utilizzato l'allevamento delle colture per sviluppare una nuova varietà di fagioli borlotti che scurisce più lentamente rispetto ai tradizionali fagioli borlotti, che è desiderabile per i consumatori. Credito:Juan Osorno
Ma i geni sono solo un pezzo del puzzle. Scienziati come Ortiz hanno bisogno di sapere come cresce la pianta e che aspetto ha. In passato, gli scienziati avrebbero potuto facilmente osservare e dire che una pianta aveva, ad esempio, semi più grandi. Ma oggi, migliorare i semi richiede un dettaglio sempre maggiore.
Entra nella fenotipizzazione, la scienza della misurazione. Il fenotipo di una pianta è la sua intera espressione dei suoi geni nel suo ambiente. L'altezza e il colore della pianta. Peso e forma dei suoi semi. La sua tendenza a resistere o soccombere alle malattie — questi sono tutti i fenotipi.
L'acquisizione di queste informazioni richiede molto tempo. Alcuni di questi tratti sono impossibili da vedere anche per gli esseri umani. E i semi in particolare sono così piccoli, misurarli a mano non è realistico. La tecnologia viene in soccorso.
"La fenotipizzazione dei tratti dei semi è un importante collo di bottiglia per l'analisi sistematica della variazione dei semi", afferma Ortiz. "I progressi nella tecnologia di imaging digitale possono misurare automaticamente una varietà di parametri di forma utilizzando immagini di semi ad alta risoluzione."
Con questi strumenti in mano, i coltivatori di piante possono migliorare i semi e sviluppare nuove varietà di colture più velocemente che mai. Ortiz prevede di rendere i semi più grandi, in modo che ognuno abbia più calorie per nutrire le persone. I semi più grandi possono anche aiutare la prossima generazione di raccolti a crescere rapidamente nei campi, pronti a produrre una grande resa. E i coltivatori di piante stanno cercando di rendere le proteine dei semi più nutrienti o i grassi all'interno dei semi abbastanza stabili da durare più a lungo sugli scaffali dei supermercati.
Ognuno di questi miglioramenti significa semi più forti e cibo migliore per più persone. Quindi, con il tuo prossimo cucchiaio di farina d'avena gommosa, considera l'umile seme - e la tecnologia avanzata e il know-how - dietro ogni boccone.
Riferimento:"First the seed:Genomic progresss in seed science for better crop production and food security" di Sangam L. Dwivedi, Charles Spillane, Francesca Lopez, Belay T. Ayele e Rodomiro Ortiz, 4 novembre 2020, Crop Science .
DOI:10.1002/csc2.20402
Rodomiro Ortiz è professore di miglioramento genetico delle piante presso l'Università svedese di scienze agrarie. Questo lavoro è stato sostenuto da Science Foundation Ireland, Irish Research Council, Natural Sciences and Engineering Council of Canada e Manitoba Wheat and Barley Growers Association.
