Proteggere le rese delle patate da stress estremi legati al calore e alla siccità
Le ondate di calore e i periodi di siccità possono influire rapidamente sulla resa delle patate e sulla qualità dei tuberi, anche quando gli agricoltori adottano le misure più adatte. Il progetto ADAPT(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, si è proposto di individuare quali varietà di patate ampiamente diffuse si adattano meglio al caldo e alla siccità e quali segnali spiegano questa differenza. Per farlo, ha combinato prove in campo aperto europee con esperimenti controllati e analisi dei dati su larga scala, affinché i selezionatori possano inserire la tolleranza allo stress nelle varietà già acquistate. Un’indagine condotta su oltre 550 agricoltori ha confermato che il caldo e la siccità sono già le pressioni principali sulle colture di patata in molte regioni.
Sperimentazioni in campo aperto mostrano quali patate mantengono la resa in condizioni di stress
ADAPT ha condotto prove in campo aperto in condizioni di stress con fino a 54 varietà di patate, per valutare le prestazioni in condizioni di siccità e di siccità unita al caldo. I test sono stati svolti a Valencia, in Spagna, e a Lewedorp, nei Paesi Bassi, con ulteriori lavori in Serbia e in Austria. L’équipe ha confrontato le risposte a diversi regimi di coltivazione e ha raccolto campioni per una successiva analisi approfondita degli eventi molecolari, per determinare come le piante di patata regolano la crescita e il metabolismo in risposta allo stress. Questa serie di dati ha aiutato a individuare le varietà “contrastanti”: piante che sembrano simili nelle stagioni normali, ma che si distinguono nettamente in condizioni di stress. Come spiega il coordinatore del progetto, Markus Teige(si apre in una nuova finestra), «Il progetto ADAPT fin dall’inizio ha concentrato l’attenzione sulle varietà di patate commerciali che sono diffusamente coltivate in tutta Europa. La resa commerciabile è sempre stata un criterio importante per noi nella valutazione di tutte le sperimentazioni.» L’équipe ha anche osservato come lo stress climatico possa sommarsi alla pressione dei parassiti, compresi i gravi danni causati dalla dorifora della patata durante le stagioni di stress.
Piante-sensore rivelano importanti segnali precoci di stress per i tuberi
I risultati delle sperimentazioni in campo aperto sono stati la priorità del progetto, ma ADAPT ha monitorato anche ciò che accade all’interno della pianta. Negli studi in serra, ha usato la fenotipizzazione ad alto rendimento e linee di patate «reporter» con immagini dal vivo per seguire la segnalazione dello stress in tempo reale. Le piante sensore sono state sviluppate per monitorare i messaggeri secondari, come il calcio (Ca2+) e le specie reattive dell’ossigeno. Inoltre, sono state sviluppate anche come linee reporter per le risposte alla siccità e agli ormoni legati allo stress, come ABA e jasmonato. Teige osserva: «Abbiamo potuto constatare che le piante possono reagire entro uno o due giorni, mostrando già i primi cambiamenti nella fisiologia.» A partire da queste prime modifiche, è stato svolto un lavoro molecolare più approfondito, compresi alcuni studi legati a SP6A, un segnale chiave per la tuberizzazione. L’obiettivo era capire come lo stress possa interrompere i percorsi della formazione dei tuberi.
Gli strumenti basati sui dati trasformano la biologia complessa in obiettivi di selezione
ADAPT ha costruito canali per integrare i dati dei droni e dei sensori con le letture molecolari, consentendo di confrontare i modelli tra siti, stagioni e varietà. Uno dei risultati è l’app StressKnowledgeMap(si apre in una nuova finestra), uno strumento online che organizza le prove di risposta allo stress in mappe collegate tra loro, permettendo ai ricercatori di aggiungere nuovi risultati e collegarli ai modelli che spiegano come le piante reagiscono sotto pressione. I dati hanno anche permesso di evidenziare quando l’applicazione delle misure è più importante. La fenotipizzazione con i droni indica che i tratti precoci della crescita possono essere un forte predittore della resa finale e che l’irrigazione influenza sia la resa che la qualità dei tuberi, soprattutto se applicata precocemente. Queste informazioni mostrano su quali aspetti concentrare lo screening e come le sperimentazioni future possono aumentare la precisione delle colture. Per i selezionatori, uno degli ostacoli è trasformare la resilienza multigenica in marcatori molecolari affidabili e validi per tutti i climi. I set di dati combinati di ADAPT permettono di capire quali fasi e tratti predicono meglio la resilienza della resa, soprattutto nelle prime fasi di crescita, aiutando i selezionatori a trovare i segnali prioritari da convertire in marcatori pratici. I passi successivi saranno lo sviluppo e la convalida di tali marcatori per le varietà resistenti al calore e alla siccità. Teige lo riassume così: «Dopo aver fatto ciò, si può prevedere che in un arco di 5-10 anni queste nuove varietà saranno disponibili per gli agricoltori e permetteranno di avere una resa stabile, con una buona qualità anche in condizioni di crescita diverse.»