Un approccio olistico per la genotipizzazione e la fenotipizzazione delle risorse genetiche vegetali nelle banche genetiche europee
Dall’inizio del XX secolo, quando molte varietà di colture tradizionali sono diventate incompatibili con le pratiche agricole moderne, vari paesi hanno iniziato a creare banche genetiche per salvaguardare la diversità genetica delle colture stesse, nonché quella delle loro specie progenitrici selvatiche. Circa 7,4 milioni di campioni di materiale genetico vegetale (accessioni) identificati in modo univoco sono attualmente conservati in oltre 1 750 banche genetiche in tutto il mondo, costituendo delle risorse genetiche vegetali(si apre in una nuova finestra) (ovvero semi, tessuti vegetativi o DNA) che contengono le chiavi potenzialmente in grado di sbloccare l’adattamento delle colture ai cambiamenti climatici. Nonostante la loro importanza, il potenziale delle risorse genetiche vegetali è tuttora poco sfruttato a causa delle limitate informazioni sulle loro proprietà genetiche e fenotipiche e dell’incertezza relativa alla ridondanza presente nelle collezioni, dovuta a decenni di scambi di materiale. Il progetto AGENT(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha affrontato queste problematiche. Basandosi sul grano e sull'orzo, due colture di primaria importanza in Europa, AGENT ha dimostrato il modo in cui la gestione coordinata e la caratterizzazione delle risorse genetiche in una rete europea di banche genetiche possano aumentarne il valore, così da consentire la selezione di colture resilienti al clima.
Verso dati genomici densi e di alta qualità sulle accessioni
Una componente centrale di AGENT è stata la generazione di dati genomici di alta qualità, anche se su scala limitata. «Le informazioni genotipiche consentono di identificare con precisione le accessioni, rivelando materiali geneticamente identici, altamente simili o unici nelle varie collezioni. I genotipi unici mettono in evidenza una diversità non ridondante di importanza globale, conservata ex situ nelle banche genetiche», spiega Nils Stein, coordinatore del progetto AGENT e ricercatore presso il Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research(si apre in una nuova finestra). Inoltre, i genotipi condivisi tra le banche genetiche sono interessanti per lo svolgimento dell’analisi comparativa dei dati fenotipici in diverse condizioni climatiche. AGENT ha effettuato la genotipizzazione di sottoinsiemi selezionati di circa 500 accessioni di grano e/o 500 di orzo in ciascuna delle oltre 10 banche genetiche incluse nello studio. Pur essendo insufficiente per realizzare una mappatura completa della diversità, questa genotipizzazione su scala pilota ha dimostrato il valore concettuale dei dati genomici densi per la gestione delle banche genetiche, la ricerca e la selettocoltura.
Integrazione dei dati basati sui principi FAIR
Le banche genetiche hanno raccolto informazioni fenotipiche sulle loro collezioni nel corso del tempo. Per rendere i dati reperibili, accessibili, interoperabili e riproducibili(si apre in una nuova finestra) (ovvero FAIR, da findable, accessible, interoperable and reproducible), le banche genetiche del consorzio hanno collaborato su formati e standard dei dati(si apre in una nuova finestra) e sulla gestione dei dati(si apre in una nuova finestra) stessi per curare i dati passati sul grano e sull'orzo e generarne di nuovi. Ciò ha permesso di effettuare analisi integrate tra i singoli set di dati combinati. «Visualizzare le singole collezioni nel contesto di un insieme di dati molto più ampio è particolarmente vantaggioso per gli utenti di collezioni di minori dimensioni, che potrebbero non essere rappresentative della variazione globale all’interno di una specie», osserva Stein.
Informazioni genotipiche e fenotipiche in una rete di banche genetiche sensibili al clima
Un insieme definito di risorse genetiche commerciali di grano e orzo è stato scambiato tra le banche genetiche di AGENT e condiviso con società attive nella selettocoltura e cooperative di agricoltori, in modo da rendere possibili valutazioni replicate sul campo a livello pluriennale. Le nuove informazioni fenotipiche generate, congiuntamente alle informazioni fenotipiche e genotipiche passate rese conformi ai principi FAIR, hanno permesso di identificare le località delle banche genetiche simili in termini climatici («mega-ambienti»). In futuro, informazioni genotipiche dense e sottoinsiemi di dati fenotipici sulla popolazione globale delle banche genetiche potrebbero essere utilizzati al fine di prevedere i fenotipi di accessioni non caratterizzate in condizioni comparabili. In definitiva, la genotipizzazione e la fenotipizzazione delle collezioni delle banche genetiche effettuate in maniera esaustiva renderebbero accessibile alla ricerca e alla selettocoltura la diversità genetica delle piante modellata dall’adattamento climatico del passato, rivelando inoltre la misura in cui le risorse fitogenetiche hanno continuato ad adattarsi o ad evolversi in seguito alla loro acquisizione. «AGENT ha dimostrato il potenziale insito nella collaborazione interdisciplinare e nella genotipizzazione e fenotipizzazione rese conformi ai principi FAIR per rafforzare gli sforzi di selettocoltura», dichiara Stein, che conclude: «L’applicazione di questi concetti su vasta scala, sostenuta da maggiori finanziamenti, consentirà di creare una rete europea di banche genetiche in grado di fornire risorse genetiche vegetali strategicamente selezionate, accelerando il miglioramento delle colture, l’adattamento al clima e la sicurezza alimentare a lungo termine.»
