PeachRefPop

collezione PeachRefPop

La creazione di collezioni multisito progettate su base sperimentale condivisa è della massima importanza per la conservazione e l’utilizzo di materiali genetici e facilita la scomposiione delle interazioni genotipo per ambiente. Tali risorse sono ancora del tutto carenti per gli alberi perenni, anche amotivo delle difficoltà intrinseche dello scambio di materiali, le operazioni vivaistiche per la propagazione e, non ultime, le problematiche fitosanitarie. Queste pagine descrivono il concetto, il disegno statistic-sperimentale e la realizzazione della prima collezione internazionale multi-sito di riferimento per il pesco (PeachRefPop: PRP).
Oltre che uno strumento prezioso per gli studi scientifici sulle specie perenni, il PRP si sta configurando come la prima pietra miliare di un progetto di collaborazione internazionale per la conservazione e lo sfruttamento delle risorse europee (e non solo) del germoplasma di pesco e come un vero patrimonio per le generazioni future.

The multi-site PeachRefPop collection: a true cultural heritage and international scientific tool for fruit trees. Plant Physiol. 2020 Jul 29;pp.01412.2019. doi: 10.1104/pp.19.01412. (pre-print)

E’ nata una rete europea della collezione di riferimento del pesco

La collezione di riferimento di pesco, costituita da 400 fra accessioni e progenie da diversi incroci, è stata propagata, con la supervisione del Servizio fitosanitario dell’Emilia Romagna (per il rispetto della normativa europea circa la circolazione del materiale vegetale) e del CRPV di Cesena per gli aspetti organizzativi, presso un vivaio italiano: il portinnesto utilizzato è il GF677 e le piante sono state innestate e messe a dimora a gemma dormiente.

 

Come si evince dalla tabella 1, sono state messe a dimora quattro ‘copie’ complete di tale collezione, oltre a una copia parziale presso il CREA-FRU di Roma.

 

In ogni località, tranne che a Roma, è presente un disegno di piantagione predisposto per il confronto statistico di diversi trattamenti sperimentali (irrigazione, concimazione, trattamenti antiparassitari). In totale, in ogni campo sono presenti oltre 1200 alberi, tranne che a Roma (circa 360). Tale piano si presta a diversi tipi di studi sulle interazioni fra genotipi, ambienti e pratiche agronomiche, per esempio attraverso l’applicazione di innovativi metodi di analisi statistica basati sull’integrazione di dati genomici, fenotipici e pedo-climatici. Se si tien conto dei diversi ambienti, è infatti possibile applicare protocolli statistici che tengano conto dell’influenza del genotipo, dell’ambiente (andamento climatico in diversi anni) e di condizioni agronomiche imposte, sulla espressione di caratteri di interesse, al fine dell’individuazione di marcatori utili alla selezione assistita.

 

Oltre ai caratteri esposti sopra, sarà possibile indagare quelli, molto complessi, legati alla resilienza delle piante, aspetto da tempo presente nelle agende dei decisori politici nazionali ai vari livelli

 

Nei prossimi anni, ricerche sulla PeachRefPop saranno forse in grado di dare alcune risposte ai tanti ‘misteri’ che ancora avvolgono questa pianta. Siamo di fronte ad un unicum nel panorama della frutticoltura del nostro pianeta, che va al di là dei risvolti economici: quali sono i ‘percorsi’ genetici che hanno consentito a questa specie di evolversi fino alle forme coltivate attuali? Come mai non conosciamo le sue forme selvatiche, come per le altre specie da frutto? Come mai, a fronte di una variabilità genetica relativamente limitata, siamo riusciti ad ottenere varianti varietali che consentono di coltivarla in una estensione geografica che va dai subtropici al Canada, con un calendario di maturazione che copre quasi sei mesi?

 

Da ultimo, oltre ai motivi di interesse che tale collezione rappresenta ai fini del miglioramento varietale del prossimo futuro e degli studi di genetica e tecnica colturale, val la pena sottolineare l’aspetto culturale che essa rappresenta. La natura transnazionale di questa collezione consente e, infatti, di superare il concetto di collezione individuale del singolo Stato europeo al fine di costituire una eredità condivisa che racchiude in 400 accessioni il patrimonio di variabilità di questa specie di interesse strategica per l’economia di molti paesi Europei.

Materiale genetico di partenza

Come materiale genetico di partenza per ottenere la popolazione di riferimento, sono state utilizzate 1069 accessioni di pesco provenienti da diverse istituzioni in Europa e un set di dati genotipici (4271 SNP) provenienti dall’ibridazione con l’array IPSC 9K (Verde et al., 2012). Sono stati utilizzati anche dati fenotipici raccolti nell’ambito del progetto Fruitbreedomics: sette caratteri qualitativi (Micheletti et al., 2015) e dieci quantitativi.
Oltre alle 1069 accessioni, alcuni partner del progetto FruitBreedomics hanno messo a disposizione sub-campioni di popolazioni (da incrocio), molto varie dal punto di vista dell’origine genetica e dei caratteri segreganti.

Procedura statistica utilizzata per la scelta delle accessioni

Sono stati considerati diversi criteri per arrivare al set di riferimento finale: 1) ridondanza presente nel germoplasma analizzato durante il progetto FruitBreedomics (verificata attraverso il software ‘MStrat (Gouesnard et al. 2001); 2) identificazione del minor numero di accessioni necessarie per preservare la maggior parte della variabilità genetica; 3) stratificazione delle accessioni, già dimostrata da Micheletti et al.( 2015), che avevano identificato, in base all’analisi genetica, la presenza di tre sottopopolazioni: a. orientale, b. occidentale ‘moderna’ (da miglioramento varietale) e c. occidentale ‘tradizionale’; 4) dimensioni adeguate a fornire una potenza statistica sufficiente per effettuare studi di genetica di associazione, quali la Genome Wide Association Analysis (GWAS) per l’identificazione di regioni genomiche coinvolte nel controllo di caratteri agronomici, garantendo al contempo il contenimento dei costi di mantenimento della collezione così costituita.
Per assicurare che il numero totale di alleli (responsabili della espressione di caratteri di interesse) fosse presente nella collezione di riferimento, è stata applicata la strategia di massimizzazione (Schoen and Brown, 1993) tramite il pacchetto statistico ‘PowerCore’ (Kim et al., 2007);
L’esito finale di questo lavoro di assemblaggio è stata l’individuazione di 400 genotipi, per poco più del 50% rappresentati da accessioni selezionate a partire dalle 1069 di partenza, e la restante parte dai sub-campioni delle popolazioni da incrocio.

Il moderno assetto varietale del pesco

E’ noto che il pesco in Europa è arrivato al tempo delle campagne militari dei Romani in Medio Oriente, avendo ‘incontrato’ il pesco sulla cosiddetta ‘via della seta’, quando già aveva raggiunto l’allora Persia. Successivamente, diverse fonti, sia agronomiche (trattati di agricoltura), sia artistiche (dipinti), attestano l’esistenza del pesco nei pomari europei (retaggio dell’hortus romano) prima dei viaggi di Colombo (pesche bianche in Italia e Francia, percoche gialle nel nostro meridione ed in Spagna). Non a caso, i primi pescheti sono stati realizzati utilizzando la pesca locale a polpa bianca ‘Buco Incavato’ (Bellucci, 1908; Buscaroli et al, 2016). Non può quindi che destare ulteriore stupore sapere che l’incredibile numero di varietà commerciali oggi note derivi, geneticamente parlando, da un’unica accessione (Chinese Cling) introdotta negli USA nella seconda metà del 1800 (Okie et al., 2009). Certamente a questa accessione se ne sono poi aggiunte altre con origine genetica indipendente da Chinese Cling, come ad esempio il pesco che ha raggiunto il continente americano grazie ai contatti con l’Europa dopo l’impresa di Cristoforo Colombo: tale è infatti la provenienza di buona parte delle accessioni ‘locali’ diffuse in centro e sud America. Tuttavia, è altrettanto vero che le accessioni europee di pesco non hanno contribuito in maniera significativa all’affermarsi della coltura in tempi moderni, vale a dire dopo l’arrivo delle prime pesche gialle ‘americane’ (‘J.H.Hale’ ed ‘Elberta’ fra tutte), che hanno rivoluzionato l’assetto varietale della coltura, in Italia prima e nel resto dell’Europa poi, confinando le pesche bianche locali dal ‘90 al 3-5 % dei frutteti.

Senza parlare delle nettarine, altra ‘invenzione’ made in USA, nonostante il carattere ‘buccia glabra’ sia presente in antiche accessioni locali come le ‘Sbergie’ e probabilmente introdotto nei programmi US mediante l’accessione pakistana ‘Quetta’. Dalla loro introduzione a metà degli anni ’70 del secolo scorso le nettarine hanno conquistato nel breve lasso di pochi lustri il 50% della produzione peschicola nazionale (Dondini et al., 2014).

La diffusione delle varietà americane ha stimolato la nascita di numerosi programmi di breeding europei, tuttavia fortemente basati sul loro impiego: se indaghiamo l’albero genealogico di tutte le cultivar diffuse dalla Seconda Guerra mondiale ad oggi, troviamo sempre un avo che proviene dalla ormai antica ‘Chinese Cling’ (Okie et al., 2008).

Non è quindi un caso che molti degli studiosi (in particolare i genetisti molecolari) che si sono occupati del pesco sino ad oggi, sottolineino la ridotta diversità genetica rispetto ad altre specie arboree da frutto come il melo, la manioca e la palma da dattero (Duan et al., 2017) e in alcune varietà un elevato grado di omozigosi legato al sistema riproduttivo, che in natura è per il 70-80% caratterizzato da autofecondazione.

Le collezioni di riferimento per l’evoluzione varietale

Nell’ambito di FruitBreedomics (progetto incentrato su approcci integrati al miglioramento varietale, per melo e pesco) era stata creata una collezione ‘virtuale’, condividendo i dati disponibili delle collezioni fisicamente presenti nei campi dei partner del progetto (http://bioinformatics.tecnoparco.org/fruitbreedomics/ ): nel caso del pesco si trattava di circa 1500 accessioni (Micheletti et al., 2015) e altrettante progenie da incroci (Hernández Mora et al., 2017).

Uno dei problemi che sorge quando si ha a che fare con numeri così elevati, dopo aver accertato l’esistenza di omonimie e sinonimie (passaggio reso oggi molto semplice grazie all’utilizzo dei marcatori molecolari, attraverso le specifiche ‘impronte’ genetiche di ogni accessione), è la ‘ridondanza genetica’ di tale materiale, problema particolarmente rilevante per il pesco. E’ nota infatti l’estrema facilità con cui si possono ottenere ‘nuove’ varietà nel pesco, a motivo della breve durata del periodo giovanile degli alberi ottenuti da seme (frutto degli incroci), ma soprattutto grazie alla presenza di molti caratteri mendeliani (oltre una trentina), che possono essere ‘assemblati’ in tantissime combinazioni (forma del frutto, colore della buccia/polpa, presenza/assenza di tomento, tessitura della polpa, carattere bassa acidità, ecc), associandoli alla variabilità di caratteri quantitativi, come la dimensione del frutto, l’estensione del sovraccolore della buccia, il fabbisogno in freddo, l’epoca di maturazione, ecc (Aranzana et al., 2019; Peace et al., 2017). Purtroppo, l’uso di un limitato numero di donatori per questi caratteri ha portato a una notevolissima proliferazione di ‘nuove’ cultivar strettamente imparentate dal punto di vista genetico (Verde et al., 2013; Micheletti et al., 2015). Tale situazione rappresenta un vero e proprio danno sotto vari punti di vista: i) per il comparto vivaistico con conseguenze relative anche alla contraffazione a causa dell’eccessiva proliferazione di cultivar simili, ma non uguali; ii) per la commercializzazione dei frutti, che porta a mescolanze di frutti solo apparentemente simili, con riscontri negativi da parte del consumatore; iii) per il breeding, in cui la scarsa variabilità genetica rappresenta un forte limite al reperimento di alleli utili per lo sviluppo di nuove cultivar adatte alle future condizioni ambientali e pratiche colturali.

Risorse fondamentali per superare questi ostacoli e preservare un patrimonio di variabilità genetica sono le collezioni di ‘riferimento’ (core collection, in inglese). Tra i lasciti di FruitBreedomics si annovera appunto la creazione di due collezioni di riferimento, una per il melo ed una per il pesco (Laurens et al., 2018).

 

Bibliografia

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