Group Leader: Laura Rossini

Raul Pirona, Post-doc researcher
Giorgiana Chietera, Researcher
Vahid Shariati, Researcher
Elena Audia, Junior scientist
Cinzia Colombi, Lab manager

Collaborators from the University of Milan:
Elahe Tavakol, Post-doc
Igor Pacheco Cruz, Post-doc
Cassia Da Silva, PhD student
Nader El Badry, PhD student
Ahmed Hussein Elsayed, PhD student

Former Group Members:
Andrea Alberini
Orsola Ambosini
Francesca Barale
Alessia Bertoli
Manuela Campa
Emanuele Capra
Stefano Ciannamea
Serena Curiale
Tiziana Fusca
Piera Galba
Iban Eduardo Munoz
Letizia Nicoloso
Claudia Ortugno
Michela Osnato
Carlo Pozzi
Alberto Vecchietti

Le attività del gruppo di Genomica Vegetale sono suddivise in Ricerca e Servizi.

Ricerca

Approcci genomici per il miglioramento genetico del pesco

(Raul Pirona, Giorgiana Chietera, Igor Pacheco Cruz, Cassia Da Silva)

Il pesco (Prunus persica (L.) Batsch) è un albero da frutto economicamente importante. L’Italia è il secondo produttore mondiale di pesche ma la produzione e il consumo di questo frutto è in calo a causa di problemi fitopatologici e di una ridotta qualità percepita dal consumatore. Lo scopo della Sezione di Genomica Vegetale consiste nell’integrazione di sistemi genetici e genomici finalizzati al miglioramento genetico del pesco.

Topics

Mappatura genetica e analisi QTL su caratteri di importanza economica del frutto di pesco
Lo scopo di questa linea di ricerca è l’identificazione e la mappatura di geni candidati, la costruzione di mappe genetiche per analisi QTL e l’identificazione di marcatori molecolari associati a caratteri quali:

• peso, contenuto di solidi solubili, acidità, tessitura della polpa, colore esterno, produzione di composti aromatici
• epoca di maturazione
• resistenza alle malattie di campo e post-raccolta: moniliosi e oidio.

Oltre alla misurazione di questi caratteri è in atto l’ancoraggio della sequenza del genoma del pesco alla mappe genetiche derivate da popolazioni segreganti appositamente costituite.

Analisi del trascrittoma durante lo sviluppo del frutto
Lo scopo di questa linea di ricerca è l’analisi del trascrittoma durante lo sviluppo del frutto di un ampio numero di percorsi metabolici, soprattutto di interesse economico. La Sezione di Genomica Vegetale ha diretto la realizzazione di un database di EST in collaborazione con diversi gruppi di ricerca italiani. Si stanno impiegando due differenti tecnologie:

• Utilizzo del MicroPeach2.0, un microarray di circa 5000 unigeni prodotti su piattaforma Combimatrix. Particolare attenzione è stata posta sui cambiamenti di espressione di geni coinvolti nel metabolismo secondario.
• Utilizzo della tecnologia 454 per l’analisi del trascrittoma e per la mappatura mediante SNP di sequenze EST selezionate su mappe genetiche e mappe fisiche.

L’attività delle linee di ricerca è condotta attraverso la collaborazione di diverse istituzioni nazionali ed internazionali. Attualmente, la Sezione di Genomica Vegetale dirige il Consorzio ESTree e collabora con il Consorzio Internazionale diretto dal Prof. A. Abbott dell’università di Clemson (USA). Il consorzio ESTree è anche membro del Consorzio Europeo di Genomica delle Rosaceae (ERGI).

Collaborazioni

Prof. Daniele Bassi, Università degli Studi di Milano, DiProVe
Pere Arús, Direttore Scientifico, IRTA

Finanziamenti in atto

Drupomics (MIPAAF) – coordinatore Dr. Ignazio Verde (CRA-FRU)
Progetto MASPES, Fondazioni Bancarie dell’Emilia Romagna – coordinatore Prof. Daniele Bassi (UNIMI, DiProVe)
Progetto FIRB Parallelomics – coordinatore Dr. Giovanni Giuliano (ENEA)
Fruit Breedomics (UE) – coordinatore Dr. François Laurens, (INRA)

Finanziamenti conclusi

Progetto Industriale

Plant Molecular Farming

(Elena Audia)

Produzione in pianta di Nerve Growth Factor ricombinante
Patent N RM2008A00517, production of NGF in plant, P. Galba, E. Audia et al.
PCT/IB2009/052877

Dalla scoperta del Nerve Growth Factor (R.L. Montalcini, Premio Nobel 1986) ad oggi molti sono stati i tentativi di produrre questa proteina in modo efficace ed efficiente al fine di riuscire ad avviare una produzione industriale farmaceutica. Tali tentativi non hanno dato i risultati attesi perchè i sistemi d’espresione scelti per la produzione di Rh-NGF sono tutti affetti da problemi di natura tecnica e produttiva che rendono impossibile o poco conveniente per le aziende farmaceutiche una produzione su larga scala. I sistemi proposti sono i tradizionali microrganismi, che difettano nelle modifiche post traduzionali richieste dal NGF per esplicare la sua attività (Glicosilazione) e le cellule di mammifero che hanno basse rese produttive e notevoli problemi di sicurezza. Per tali motivi nonostante le numerose applicazioni terapeutiche del NGF (glaucoma, neuropatie periferiche indotte da diabet, ulcera corneale, piaga da decubito ed Alzheimer) ad oggi in commercio non esiste nessun ritrovato a base di NGF.
In virtù di quanto esposto, presso il Parco Tecnologico Padano si è avviato il progetto Plant Molecular Farming che intende produrre NGF utilizzando il sistema vegetale.
Le piante sono eucarioti superiori in grado quindi di glicosilare le proteine e sono geneticamente distanti dall’uomo e quindi rappresentano un sistema sicuro di produzione. In aggiunta le piante rappresentano un sistema flessibile, efficace, efficiente e low-cost di produzione di molecole ricombinanti.
Il progetto è affidato alla Dr.ssa Piera Galba che si occupa di disegnare le strategie di realizzazione e di sviluppare il business legato alle vendite di licenze legate al brevetto NGF, ed alla Dr.ssa Elena Audia che si occupa di tutta l’attività di laboratorio.

Topics

Il progetto prevede il conseguimento dei seguenti topics:

1. realizzazione di vettori d’espressione vegetale per la trasformazione di Nicotiana Benthamiana
2. trasformazione transiente e stabile di N. Benthamiana
3. selezione di linee omozigoti per la produzione di NGF
4. standardizzazione di protocolli per la purificazione di rh-NGF da pianta
5. test di attività per la verifica del corretto funzionamento della molecola rh-NGF derivata da pianta.
6. brevetto
7. licencing del brevetto

Obiettivi raggiunti

Gli obiettivi attualmente raggiunti sono relativi ai punti 1,2,3,4,6. Ovvero ad oggi siamo in possesso di una linea di Nicotiana Benthamiana in grado di produrre NGF e tale pianta è oggetto di un brevetto (Patent N RM2008A00517; PCT/IB2009/052877).
Sono in corso trattative per il licencing del brevetto.

Sviluppi futuri

Licenziare il brevetto e realizzare nuove molecole ricombinanti in pianta

Collaborazioni

Il progetto è interamente svolto presso i laboratori del PTP che sporadicamente si avvale della consulenza di esperti delle Università Italiane e dell'ufficio brevetti SIB di Roma.

Finanziamenti in atto

Il progetto è interamente finanziato da risorse interne.

GMO Detection

(Cinzia Colombi)

MICROARRAY PER L’IDENTIFICAZIONE DELLA PRESENZA/ASSENZA DI MATERIALE GM (Geneticamente Modificato) IN CAMPIONI VEGETALI
Italian patent application No. RM2008A000673, C. Colombi et al.
Internationa Application Published Under the Patent Cooperation Treaty (PCT) No. WO 2010/070462 A1, C. Colombi et al.

Questo progetto nasce dall’esigenza delle Piccole e Medie Imprese, operanti nel mercato delle produzioni alimentari, di avere a disposizione un metodo rapido, affidabile ed economico per determinare la presenza di Organismi Geneticamente Modificati (OGM). In particolar modo nel presente progetto si è inteso focalizzare la ricerca di OGM nei prodotti destinati all’alimentazione degli animali da reddito, in considerazione dell’elevata percentuale di materie prime di origine vegetale, destinate alla produzione di mangimi, importate da Paesi che utilizzano colture transgeniche. Il Regolamento (CE) n. 1829/2003 del Parlamento europeo e del Consiglio, del 22 settembre 2003, relativo agli alimenti e ai mangimi geneticamente modificati, prevede che non possa essere immesso in commercio, usato o modificato un prodotto di cui all’articolo 15, paragrafo 1 del suddetto Regolamento (OGM destinati alla alimentazione degli animali; mangimi che contengono o sono costituiti da OGM; mangimi prodotti a partire da OGM), a meno che per esso non sia stata rilasciata una regolare autorizzazione ed è inoltre obbligatoria la presenza di etichettatura riportante informazioni riguardo la presenza di OGM.

Attualmente la diagnostica legata agli organismi geneticamente modificati e suoi derivati si basa essenzialmente su due metodi diagnostici accettati dalla comunità scientifica internazionale: PCR (Polymerase Chain Reaction) "qualitativa" e “quantitativa” (Real Time PCR).

Entrambi questi metodi, però, richiedono un notevole dispendio di tempo e di materiali per la loro realizzazione.

Topics

Lo scopo del progetto è quindi stato quello di introdurre un innovamento tecnologico concretizzandolo nell’utilizzo di microarray di oligonucleotidi a fini diagnostici. L’introduzione di questa metodica consente una notevole riduzione dei tempi necessari per l’identificazione della presenza di OGM, permettendo di individuare simultaneamente tutte le "sorgenti" di contaminazione OGM ed evitando quindi l’analisi completa "evento transgenico per evento transgenico".

Il progetto prevede il raggiungimento dei seguenti topics:

1. Raccolta di informazioni inerenti eventi transgenici riconosciuti dall’Unione Europea e a livello mondiale (provenienti da brevetti depositati, JRC, ICGEB, AGBIOS, Diritti Genetici, NCBI, letteratura) per la creazione di un Database che ci ha permesso di individuare sequenze con elevata specificità di discriminazione tra i 135 eventi transgenici da noi scelti.

2. Creazione di un vetrino microarray contenente 102 sequenze necessarie all’individuazione di 135 eventi transgenici.

3. Messa a punto di un metodo di amplificazione del DNA genomico che permetta di semplificare il passaggio, preliminare all’ibridazione microarray, di amplificazione dei frammenti di interesse.

Obiettivi raggiunti

Gli obiettivi attualmente raggiunti sono relativi al punto 1 e 3. Per quanto riguarda il punto 2 al momento si ha a disposizione un vetrino microarray prototipo per l’individuazione di un solo evento transgenico (mon810) creato allo scopo di testare la validità del metodo di amplificazione del punto 3.

Il presente lavoro è oggetto di brevetto (Italian patent application No. RM2008A000673; PCT No. WO 2010/070462 A1).

Sviluppi futuri

Licenziare il brevetto.

Finanziamenti in atto

Il progetto è interamente finanziato con risorse interne.

Progetto Orzo

In stretta collaborazione con il gruppo della Dott.ssa Rossini presso il Dipartimento di Produzione Vegetale di Milano, la Sezione di Genomica Vegetale è da anni impegnata in diversi progetti riguardanti la dissezione genetica e molecolare di caratteri d’interesse agronomico in orzo. In particolare, il gruppo si è concentrato sull’analisi di una collezione di mutanti alterati nello sviluppo della pianta e della spiga nello sforzo di identificare i geni corrispondenti mediante approcci di gene candidato e clonazione per posizione.

Una recente area d’interesse riguarda l’uso di approcci di genetica di associazione per l’identificazione di regioni cromosomiche e geni candidati coinvolti nella risposta a stress abiotici.

In questo ambito rientra il progetto dal titolo:

Strategie per migliorare le rese di piante di interesse alimentare in condizioni di stress idrico

(Francesco Salamini, responsabile scientifico e Nader El Badry, dottorando)

La disponibilità d’acqua è uno dei principali fattori che influenzano la produttività delle piante coltivate. I cambiamenti climatici degli ultimi anni hanno suscitato crescenti preoccupazioni riguardo alla sostenibilità dell’attuale impiego di acqua in agricoltura e alla stabilità delle produzioni vegetali, specialmente in aree calde e siccitose come il Mediterraneo Meridionale. L’Egitto è uno dei paesi in cui risposte a tale problema rappresentano una priorità. Questo progetto è condotto con un approccio interdisciplinare congiuntamente con l’Università di Ain Shams, Cairo. Obiettivo generale è indagare le basi genetiche della tolleranza allo stress idrico in orzo (Hordeum vulgare) attraverso:

Topics

1. la selezione di un pannello di varietà/accessioni di orzo dotati di diversificate risposte allo stress idrico
2. la valutazione della struttura della popolazione considerata mediante l’uso di marcatori molecolari
3. l’identificazione di geni candidati sulla base delle informazioni disponibili da orzo e altre specie
4. la valutazione delle possibili associazioni tra tali geni candidati e la variazione genetica per la risposta al deficit idrico

Collaborazioni

Dott. Luigi Cattivelli, CRA-GPG, Fiorenzuola d’Arda (PC)

Finanziamenti in atto

FIRB Italia-Egitto (ANNO 2004), RESPONSABILE SCIENTIFICO: Prof. Francesco Salamini

Progetto ATP (Aree Tematiche Prioritarie) Mais

(Cizia Colombi, Raul Pirona)

Nel giugno 2010 è stato avviato il Progetto ATP Mais che riguarda l’uso di approcci di genetica di associazione per l’identificazione di geni candidati coinvolti nella resistenza a Fusarium verticilloides e Diabrotica virgifera in mais.

Servizi

I servizi erogati (determinazione di marcatori molecolari in associazione con geni per la resistenza a patogeni in vegetali), sono disponibili sotto richiesta.

Per ulteriori informazioni e per ricevere un preventivo, contattare: Questo indirizzo e-mail è protetto dallo spam bot. Abilita Javascript per vederlo.

Links

La sezione di Genomica Vegetale è coinvolta nelle seguenti iniziative di collaborazione a livello nazionale e internazionale.

• European Rosaceae Genomics Iniziative (ERGI), una piattaforma per il coordinamento della ricerca europea genomica sulle Rosaceae, di cui il PTP cura la segreteria.
• Drupomics, progetto Italiano per il sequenziamento del genoma di pesco
• ESTree, consorzio che coinvolge due Atenei, Centri di ricerca pubblici e privati distribuiti su tutto il territorio italiano con lo scopo di creare una unità interdisciplinare dedicata alla genomica ed alla genomica funzionale delle drupacee
• COST action FA0604 TritiGen, Triticeae genomics for the advancement of essential European crops
• European Triticeae Genomics Iniziative, una piattaforma per il coordinamento della ricerca europea genomica sulle Triticeae che agisce anche da collegamento con la International Triticeae Mapping Initiative (ITMI)
• BarleyGenomeNet, una rete di istituzioni Europee attive nella ricerca genomica sull’orzo