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Tecniche di selezione biotecnologiche aumentano la modificazione del colore nelle piante ornamentali

Utilizzando tecniche biotecnologiche tradizionali e all’avanguardia, FLOWERPOWER ha sfruttato i pigmenti a base di flavonoidi per un maggiore controllo della colorazione delle piante ornamentali, ispirando la nuova generazione di orticoltori.

Società

I flavonoidi sono composti organici vegetali che svolgono una serie di importanti funzioni fisiologiche legate alla sopravvivenza e al successo riproduttivo. Sono i pigmenti vegetali più importanti per la produzione dei colori destinati ad attirare gli impollinatori. Il colore delle piante è importante anche per gli orticoltori perché influenza le decisioni d’acquisto dei consumatori. I colori vivaci sono essenziali per le piante ornamentali, mentre il colore rosso della buccia e della polpa della frutta è considerato sempre più spesso un indicatore di proprietà salutari. Il progetto FLOWERPOWER, sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, si è prefisso di comprendere meglio i flavonoidi e il loro ruolo nella pigmentazione per ampliare le opzioni di selezione di un maggior numero di varietà cromatiche. Ispirata dalla recente scoperta di nuovi flavonoidi nella poinsettia, la ricerca ha adottato tecniche di coltivazione basate sulla genetica, sulla biochimica vegetale, sulla biologia molecolare delle piante, sull’analisi dei dati e sulla bioinformatica. «Colmare importanti lacune di conoscenza per la biosintesi dei flavonoidi può contribuire a futuri approcci biotecnologici nella selettocoltura», afferma Heidi Halbwirth, la coordinatrice di FLOWERPOWER presso l’Università tecnica di Vienna (TU Wien), in Austria. Tra i risultati del progetto figurano una richiesta di brevetto accolta con successo e due piante prototipo con una nuova attività enzimatica e/o colorazione. Inoltre, sono stati pubblicati otto articoli su riviste a revisione paritaria e 165 trascrittomi sono stati resi disponibili al pubblico per finalità di ricerca.

Il percorso dei flavonoidi

Per il team responsabile di FLOWERPOWER, l’esistenza di foglie bianche di poinsettia, note come brattee, lasciava perplessi dal punto di vista scientifico. «Il fatto che non si potesse spiegare semplicemente con l’assenza di uno dei geni strutturali indicava un problema scientifico generale, la cui comprensione poteva aiutare gli orticoltori ad accelerare il processo di selezione», aggiunge Halbwirth. Per studiare il percorso dei flavonoidi nella formazione dei pigmenti della poinsettia, sono stati analizzati in dettaglio i profili chimici delle brattee di poinsettia rosse e bianche utilizzando una varietà di metodi analitici, tra cui ricordiamo: la cromatografia liquida ad alta prestazione; la metabolomica basata sulla risonanza magnetica nucleare protonica e la cromatografia liquida - spettrometria di massa. Sono stati isolati geni selezionati da 38 campioni di poinsettia e sono state decifrate le istruzioni biochimiche per la rara colorazione rosso-arancio utilizzando l’analisi RNA-Seq. Caratterizzando le modalità di regolazione dei percorsi coinvolti nel passaggio da foglie verdi a queste brattee colorate, si sono scoperte le istruzioni per una diversa colorazione. «Questo ci ha aiutato a spiegare finalmente il “paradosso della poinsettia bianca”, ossia come possono esistere varietà bianche quando l’espressione genica e tutta l’attività enzimatica coinvolta nella formazione dei pigmenti rossi indicano che la risultante colorazione rossa della brattea dovrebbe essere predeterminata», spiega Halbwirth.

Per una nuova generazione di selezionatori

Utilizzando l’editing genomico CRISPR/Cas9, il team ha ottenuto le prime poinsettie modificate a livello genomico con il raro e sempre più richiesto colore arancione. Questi prototipi rosso-arancione saranno utilizzati in successivi programmi di selettocoltura. I ricercatori hanno usato un approccio transgenico anche per sviluppare tecniche di selettocultura della poinsettia blu, molto apprezzata dai selezionatori commerciali. Inoltre, recenti metodi di selezione hanno individuato un nuovo gene coinvolto nella formazione dei flavanoli gialli, dimostrando l’importanza dei geni per la creazione dei pigmenti responsabili della colorazione gialla. «Il nostro approccio biotecnologico alla ricerca nel campo della selettocoltura promuoverà l’innovazione offrendo alternative interessanti al di là delle tradizionali “macchine da soldi”, a tutto vantaggio dei consumatori e dell’orticoltura in generale», osserva Halbwirth.

Parole chiave

FLOWERPOWER, selezione, orticoltura, foglie, poinsettie, biotecnologia, geni, colorazione, pigmenti, flavonoidi, piante, CRISPR/Cas9

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