Gli scienziati decodificano 300 varietà di patate per ottenere raccolti migliori

Crediti: LightFieldStudios/iStock

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Le patate sono una delle colture alimentari più consumate al mondo, ma devono affrontare molte minacce derivanti dai cambiamenti climatici, come siccità, gelo e malattie. Come possiamo renderli più resilienti e nutrienti per il futuro? Un team di scienziati della McGill University ha escogitato un nuovo modo per trovare la risposta: creando un super pangenoma della patata.

Un pangenoma è una raccolta di tutte le variazioni genetiche all'interno di una specie, mentre un super pangenoma include più specie correlate. I ricercatori hanno creato il super pangenoma della patata più esteso mai realizzato, che copre 60 specie di patate e i loro parenti selvatici. Hanno utilizzato supercomputer per analizzare i dati provenienti da database pubblici, comprese le banche genetiche in Canada, Stati Uniti e Perù.

Il super pangenoma della patata rivela la ricca diversità genetica di questa coltura che fu addomesticata per la prima volta dalle popolazioni indigene nelle montagne del Perù meridionale circa 10.000 anni fa. Aiuta anche a identificare i geni responsabili di tratti importanti, come la resistenza alle malattie, la tolleranza alle condizioni meteorologiche estreme e una migliore qualità nutrizionale.

I ricercatori sperano che il loro super pangenoma possa rappresentare una risorsa preziosa per migliorare il raccolto di patate utilizzando tecniche tradizionali di selezione genetica o di editing genetico. Mirano a sviluppare un super spud in grado di far fronte alle sfide del cambiamento climatico e garantire la sicurezza alimentare a milioni di persone in tutto il mondo.

La responsabile dello studio, la professoressa Martina Strömvik, ha spiegato che il loro super pangenoma ha rivelato la diversità genetica della patata e il potenziale di migliorare il raccolto moderno incrociando alcuni tratti genetici. Ha aggiunto che le specie di patate selvatiche potrebbero offrire preziosi spunti su come adattarsi ai cambiamenti climatici e alle condizioni meteorologiche estreme, oltre a migliorare la qualità nutrizionale e la sicurezza alimentare.

Lo studio fa parte di un progetto più ampio chiamato Potato Genome Resources, che mira a fornire strumenti e dati genomici per la ricerca e la selezione delle patate. Il progetto è finanziato da Genome Canada, Genome Quebec, Agriculture and Agri-Food Canada e molti altri enti.

Lo studio è stato pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences.

La patata (Solanum sp., famiglia delle Solanaceae) è la coltura alimentare non cerealicola più importante a livello globale. Ha oltre 100 parenti selvatici nella sezione Solanum Petota, che presenta specie con riproduzione sia sessuale che asessuata e diversi livelli di ploidia. È stato costruito un pangenoma della sezione Solanum Petota composto da 296 accessioni, inclusi diploidi e poliploidi confrontati tramite variazione presenza/assenza (PAV). Il nucleo Petota (geni condivisi da almeno il 97% delle accessioni) e i genomi della shell (condivisi dal 3 al 97%) sono arricchiti in funzioni molecolari e cellulari di base, mentre il genoma cloud (geni presenti in meno del 3% delle accessioni) adesioni) hanno mostrato un arricchimento in elementi trasponibili (TE). È stato effettuato un confronto tra PAV nelle accessioni domestiche e selvatiche ed è stato costruito un albero filogenetico basato su PAV, raggruppando le accessioni in diversi cladi, simili alle precedenti filogenesi prodotte utilizzando marcatori di DNA. Un approccio pangenomico cladewise ha identificato la risposta allo stress abiotico tra i geni principali nel clade 1+2 e clade 3 e la fioritura/tuberizzazione tra i geni principali nel clade 4. Il contenuto di TE differiva tra i clade, con il clade 1+2, che è composto di specie dell'America settentrionale e centrale con isolamento riproduttivo da specie di altri cladi, con un contenuto di TE molto inferiore rispetto ad altri cladi. Al contrario, sono state identificate accessioni con una storia di propagazione in vitro e si è scoperto che avevano livelli elevati di TE. I risultati indicano un ruolo degli TE nell'adattamento ai nuovi ambienti, sia naturali che artificiali, per la sezione Petota di Solanum.