Group Leader: Laura Rossini

Raul Pirona, Post-doc researcher
Giorgio Pea, Post-doc rsearcher
Elena Audia, Junior scientist
Cinzia Colombi, Lab manager and researcher

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
Gabriele Verderio, PhD student

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

Approcci genomici per il miglioramento genetico del pesco

(Raul Pirona, Elena Audia. Collaboratori dell’Università di Milano: Igor Pacheco, 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 sono in calo a causa di problemi fitopatologici e di una ridotta qualità percepita dal consumatore.

In collaborazione con il Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali dell’Università degli Studi di Milano, la Sezione di Genomica Vegetale è impegnata da anni in un programma che integra strumenti genetici e genomici per la dissezione genetica di caratteri agronomici e di qualità e il miglioramento genetico del pesco. Il PTP è inoltre stato promotore dell’iniziativa Italiana per il sequenziamento del genoma del pesco, rappresentata dal progetto Drupomics coordinato dal CRA-Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura.

La sequenza del genoma è stata pubblicata nell’Aprile del 2010 dall’International Peach Genome Initiative (IPGI), che oltre ai partner italiani vede coinvolti importanti centri di ricerca statunitensi, spagnoli e cileni. La sequenza è consultabile attraverso i seguenti genome browsers:

• http://www.appliedgenomics.org/news/pressroom/article/2010/apr/02/welcome-peach-genome/
• http://www.rosaceae.org/peach/genome
• http://www.phytozome.net/

Topics

Mappatura genetica e analisi QTL su caratteri di importanza economica del frutto di pesco

Questa linea di ricerca si basa sulla costruzione di mappe genetiche e la genotipizzazione di germoplasma per analisi QTL e di associazione con l’obiettivo di identificare geni candidati e marcatori molecolari associati a caratteri agronomici e di qualità 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.

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 con particolare attenzione a un ampio numero di percorsi metabolici legati a caratteridi 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 Illumina per l’analisi del trascrittoma e per la mappatura di sequenze espresse sul genoma.

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 che è anche membro del Consorzio Europeo di Genomica delle Rosaceae (ERGI).

Collaborazioni

Prof. Daniele Bassi, Università degli Studi di Milano, Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali

Finanziamenti in atto

Fruit Breedomics (UE) – coordinatore Dr. François Laurens, (INRA)

Progetto MASPES, Fondazioni Bancarie dell’Emilia Romagna – coordinatore Prof. Daniele Bassi (UNIMI, Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali).

Finanziamenti conclusi

Drupomics (MIPAAF) – coordinatore Dr. Ignazio Verde (CRA-FRU)
Progetto FIRB Parallelomics – coordinatore Dr. Giovanni Giuliano (ENEA)
Progetto Industriale

Progetto MDF: Mais resistente a Diabrotica e Fusarium nella pianura lombarda

(Cinzia Colombi, Raul Pirona, Elena Audia)

Il Progetto “MDF – Mais resistente a Diabrotica e Fusarium nella pianura lombarda” riguarda la dissezione genetica e molecolare della risposta a Fusarium verticilloides e Diabrotica virgifera virgifera in mais.

Diabrotica virgifera virgifera e Fusarium verticillioides sono tra le cause maggiori dei danni provocati ogni anno al settore maidicolo lombardo ad opera di patogeni.

Diabrotica virgifera virgifera è un coleottero crisomelide originario degli Stati Uniti d’America dove causa danni pari a 1000 milioni di dollari l’anno. Questo parassita compare per la prima volta in Europa nel 1992 in Serbia e in Italia nel 1998. La sua diffusione su territorio italiano inizia in Lombardia per poi passare in Piemonte e Friuli. D.virgifera virgifera compie una generazione all’anno svernando come uovo: le larve si nutrono di radichette e scavano gallerie nelle radici più grosse provocando un ridotto sviluppo radicale che rende la pianta più soggetta ad allettamento e con ridotta capacità di assorbimento di acqua e nutrienti con conseguenti perdite di produzione. Gli adulti sfarfallano durante tutto il periodo estivo e si nutrono sia delle foglie che delle sete delle infiorescenze femminili provocando aborti fiorali e riducendo notevolmente il numero di fiori fecondati. Nel 2009 in Pianura Padana i danni causati da D. virgifera virgifera sono stati talmente intensi da pregiudicare la coltura di questo cereale nelle zone più infestate. Questo parassita contribuisce inoltre alla diffusione di dei funghi micotossigeni che si sviluppano sulle sete e, conseguentemente, nella granella di mais.

Fusarium verticillioides è un fungo endemico in Pianura Padana in grado di produrre micotossine (fumonisine) ritenute responsabili di diverse patologie nell’uomo e negli animali. I cereali, in modo particolare il mais, sono tra i prodotti vegetali più soggetti alla contaminazione da parte di questi metaboliti. Lo sviluppo di Fusarium in campo è favorito da un andamento climatico piovoso con temperature relativamente fresche nel periodo compreso tra la fioritura e la raccolta. Attualmente non sono ancora stati sviluppati programmi di miglioramento genetico efficaci e ci si affida ad azioni intraprese in fase di pre-raccolta e post-raccolta per il controllo delle micotossine prodotte dal fungo.

Ad oggi la principale azione di difesa nei riguardi di Diabrotica virgifera virgifera e Fusarium verticillioides si basa sulla prevenzione applicando tecniche agronomiche che rendono più difficoltosa la sopravvivenza del patogeno (abbandono della monosuccessione, uso di ibridi a radici profonde facilmente rigenerabili in caso di attacco).

Il progetto MDF è rivolto al miglioramento genetico tradizionale assistito da metodi di biologia molecolare, senza ricorso al transgenico, per introdurre resistenze a Diabrotica virgifera virgifera e Fusarium verticillioides nei materiali genetici e negli ibridi in coltura in Lombardia.

Topics

Fusarium verticillioides

Obiettivo finale di questa linea di ricerca è lo sviluppo di nuove varietà di mais migliorate per la tolleranza al Fusarium. Il ruolo del PTP, in collaborazione con gli altri partner del progetto, è lo sviluppo di una mappa genetica costruita con marcatori molecolari per l’identificazione delle regioni genomiche legate alla risposta al patogeno. Nella mappa saranno anche incluse le posizioni di geni candidati per i meccanismi di risposta. Questo lavoro permetterà di identificare marcatori molecolari associati alla tolleranza. I marcatori molecolari selezionati come più informativi verranno validati sulle linee elite e sulle linee in avanzata fase di selezione (previa prova di infezione in campo) al fine di verificarne l’utilità per programmi di miglioramento genetico assistito.

Diabrotica virgifera virgifera

Al fine di identificare marcatori associati alla risposta alla Diabrotica, questa linea di ricerca combina moderne tecniche di screening molecolare e proteico con più tradizionali attività di campo. A questo scopo sono sviluppate diverse attività complementari. Ad esempio, viene analizzata, in linee di mais selezionate, l’espressione a livello radicale di un enzima coinvolto nella produzione di cariofillene, un composto precedentemente implicato nella risposta al parassita. I risultati saranno integrati con i dati derivanti da indagini per l’individuazione di proteine associate alla resistenza (a cura di Biotrack) e dalla valutazione agronomica dei materiali disponibili, condotta da altri partner del progetto.

Collaborazioni

IVS s.r.l. – Università Cattolica Sacro Cuore di Piacenza – Biotrack – Agricola 2000 – CSA

Finanziamenti in atto

Progetto di R&S co-finanziato da Regione Lombardia nell’ambito del POR Lombardia 2007-2013 (Bando Aree Tematiche Prioritarie 2010).

Progetto Orzo

In stretta collaborazione con il Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali 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 con l’obiettivo di identificare i geni corrispondenti mediante approcci di gene candidato e clonazione per posizione. Maggiori informazioni sui progetti in corso sono presenti al link.

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

(Collaboratore dell’Università di Milano: Nader El Badry)

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 un approccio di genetica di associazione su una collezione di germoplasma Europeo.

Collaborazioni

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

Finanziamenti in atto

Borsa di dottorato, Università degli Studi di Milano.

Finanziamenti conclusi

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

Progetto IT-CITRUS

(Giorgio Pea)

Obiettivo generale di questo progetto finanziato nell’ambito del bando PON è valorizzare, attraverso analisi di genomica e genomica funzionale, il lungo lavoro di selezione di varietà di Citrus effettuato in Sicilia. Sarà così possibile associare a caratteri fenotipici di pregio geni correlati o responsabili, nonché altri elementi utili per realizzare strategie di miglioramento genetico mirate alla qualità e alla resistenza ai patogeni.

Il PTP partecipa al progetto con attività volte alla caratterizzazione della diversità genetica in germoplasma di Citrus mediante:

• attività 1.2 – l’individuazione di polimorfismi sulla base dei dati di risequenziamento e la realizzazione di pannelli di marcatori molecolari per la genotipizzazione di germoplasma di citrus;
• attività 1.4 - in collaborazione con la piattaforma chimica del Parco Scientifico Tecnologico della Sicilia, la determinazione del profilo di composti volatili in frutti di una collezione di germoplasma messa a disposizione dal CRA-ACM al fine di esplorare la variabilità genetica per l’aroma e analizzare la correlazione fra genotipi e fenotipi.

Finanziamenti in atto

Progetto PON IT-Citrus Genomics.

Plant Molecular Farming

(Piera Galba, Elena Audia)

Questa linea di ricerca, oggi conclusa, aveva come obiettivo la messa a punto di un sistema efficiente ed economico per la produzione del Nerve Growth Factor (NGF) umano scoperto da R.L. Montalcini, (Premio Nobel 1986), che ha potenziali applicazioni nella cura di diverse importanti patologie.

A questo scopo si è adottata una strategia di Plant Molecular Farming per la produzione di NGF utilizzando il sistema vegetale.

Obiettivi raggiunti

Brevetto: 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

GMO Detection

(Cinzia Colombi)

Questo progetto, oggi concluso, era nato 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 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 e del Regolamento (CE) n. 1829/2003 del Parlamento europeo e del Consiglio, del 22 settembre 2003, relativo agli alimenti e ai mangimi geneticamente modificati.

In questo contesto, lo scopo del progetto era 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".

Obiettivi raggiunti

Brevetto: 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.

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.
• FRUITBREEDOMICS, large integrating project finanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del 7° Programma Quadro.
• 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
• BarleyGenomeNet, una rete di istituzioni Europee attive nella ricerca genomica sull’orzo
• 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)