NUTRIRE IL PIANETA: ANDARE
AVANTI O TORNARE INDIETRO?
Michele Morgante
UNEP «Environmental food crisis»
• 2050
– Popolazione pianeta:
– Fabbisogno globale cibo:

+ 2.7 miliardi
+ 50%

• A tecno...
PER NUTRIRE IL PIANETA NEL 2050
• Produttività
• Impatto ambientale
• Qualità e salute
AGRICOLTURA E PROGRESSO
TECNOLOGICO
• Genetica (miglioramento genetico)
• Chimica
• Tecniche agronomiche

Genetica: >50% d...
ADDOMESTICAMENTO DELLE SPECIE COLTIVATE

7 ESPERIMENTI DI MODIFICAZIONI GENETICHE
MAIS E TEOSINTE
MIGLIORAMENTO GENETICO E
INTROGRESSIONE DI CARATTERI VIA
REINCROCIO
MIGLIORAMENTO GENETICO E
MUTAGENESI INDOTTA

• Mutageni chimici
• Mutageni fisici (radiazioni)
• Generano mutazioni casual...
MIGLIORAMENTO GENETICO E BIOLOGIA
MOLECOLARE: PIANTE TRANSGENICHE
UN CONFRONTO FRA MODIFICAZIONI
GENETICHE TRADIZIONALI E
MODIFICAZIONI TRANSGENICHE
Semi bianchi e semi gialli
MAIS GIALLO E MAIS BIANCO
• Una modificazione genetica “naturale”
INTROGRESSIONE DEL COLORE GIALLO
DEL SEME VIA REINCROCIO

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MAIS GIALLO E CAROTENOIDI
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“GOLDEN RICE” E CAROTENOIDI
Una modificazione genetica “artificiale”

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“GOLDEN RICE” E CAROTENOIDI
Una modificazione genetica “artificiale”
I PROCESSI A CONFRONTO
• Incrocio e selezione:
efficace ma poco
preciso

• Ingegneria genetica:
efficace, precisa e poco
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STRUTTURA E DIVERSITA’ DEI
IL PAN-GENOMA NELLA REGIONE BZ1
GENOMI VEGETALI
vs.

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Scimpanzè
Mais linea A

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CHI SI FERMA E’ PERDUTO: LA VITE
Consumo di fungicidi in Francia
Fungicides (France)
45000

40000

35000

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Cereales
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COSA CI ASPETTA NEL FUTURO?
• E’ possibile identificare i geni responsabili per i
caratteri di interesse agronomico
– Lo s...
MIGLIORARE L’EFFICIENZA
FOTOSINTETICA
IL PROGETTO RISO C4
MODIFICAZIONI GENETICHE ED
AGRICOLTURA
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Future Forum 2013 - Michele Morgante

  1. 1. NUTRIRE IL PIANETA: ANDARE AVANTI O TORNARE INDIETRO? Michele Morgante
  2. 2. UNEP «Environmental food crisis» • 2050 – Popolazione pianeta: – Fabbisogno globale cibo: + 2.7 miliardi + 50% • A tecnologia costante – Livelli produttivi 5-25% < domanda globale • • • • Cambiamento climatico Degradazione suolo Perdita superfici coltivate Scarsezza risorse idriche – Aumento prezzi globali cibo: +30-50%
  3. 3. PER NUTRIRE IL PIANETA NEL 2050 • Produttività • Impatto ambientale • Qualità e salute
  4. 4. AGRICOLTURA E PROGRESSO TECNOLOGICO • Genetica (miglioramento genetico) • Chimica • Tecniche agronomiche Genetica: >50% di aumento produttività
  5. 5. ADDOMESTICAMENTO DELLE SPECIE COLTIVATE 7 ESPERIMENTI DI MODIFICAZIONI GENETICHE
  6. 6. MAIS E TEOSINTE
  7. 7. MIGLIORAMENTO GENETICO E INTROGRESSIONE DI CARATTERI VIA REINCROCIO
  8. 8. MIGLIORAMENTO GENETICO E MUTAGENESI INDOTTA • Mutageni chimici • Mutageni fisici (radiazioni) • Generano mutazioni casuali • Si seleziona il fenotipo desiderato fra le piante mutagenizzate
  9. 9. MIGLIORAMENTO GENETICO E BIOLOGIA MOLECOLARE: PIANTE TRANSGENICHE
  10. 10. UN CONFRONTO FRA MODIFICAZIONI GENETICHE TRADIZIONALI E MODIFICAZIONI TRANSGENICHE Semi bianchi e semi gialli
  11. 11. MAIS GIALLO E MAIS BIANCO • Una modificazione genetica “naturale”
  12. 12. INTROGRESSIONE DEL COLORE GIALLO DEL SEME VIA REINCROCIO X 500000 basi di DNA sono state trasferite nel mais moderno assieme all’allele giallo: circa una dozzina di geni
  13. 13. MAIS GIALLO E CAROTENOIDI Geranylgeranyldiphosphate Phytoene synthase (psy) Phytoene Phytoene desaturase (crtI) ζ-carotene desaturase Lycopene Aumentare l’espressione nel seme Lycopene β-cyclase (lcy) β-carotene β-hydroxylase Zeaxanthine α-carotene Provitamina A lutein
  14. 14. “GOLDEN RICE” E CAROTENOIDI Una modificazione genetica “artificiale” Geranylgeranyldiphosphate Phytoene synthase (psy) Phytoene Phytoene desaturase (crtI) ζ-carotene desaturase Lycopene Lycopene β-cyclase (lcy) β-carotene β-hydroxylase Zeaxanthine α-carotene Provitamin A lutein
  15. 15. “GOLDEN RICE” E CAROTENOIDI Una modificazione genetica “artificiale”
  16. 16. I PROCESSI A CONFRONTO • Incrocio e selezione: efficace ma poco preciso • Ingegneria genetica: efficace, precisa e poco invasiva
  17. 17. STRUTTURA E DIVERSITA’ DEI IL PAN-GENOMA NELLA REGIONE BZ1 GENOMI VEGETALI vs. vs. Scimpanzè Mais linea A Uomo Mais linea B • 99.3 % identità nei geni • 50% identità nelle regioni intergeniche • Addomesticato 7000 anni fa • Giovani e dinamici • 99.2 % identità nei geni • 98.8 % identità nelle regioni intergeniche • Separatisi 5 milioni di anni fa • Vecchi e stabili
  18. 18. CHI SI FERMA E’ PERDUTO: LA VITE Consumo di fungicidi in Francia Fungicides (France) 45000 40000 35000 30000 Cereales Tonnes de matières actives 25000 Grapevine 20000 Other crops 15000 10000 5000 0 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 Years E chi vuole tornare indietro? 1999
  19. 19. COSA CI ASPETTA NEL FUTURO? • E’ possibile identificare i geni responsabili per i caratteri di interesse agronomico – Lo sviluppo tecnologico e scientifico stanno accelerando il processo • Selezione assistita da marcatori – Sfrutta la variabilità esistente – Ricerca di mutazioni rare possibile • Modificazioni mirate dei geni – Crea nuova variabilità – Mutagenesi chimica seguita da ricerca dei mutanti desiderati – Mutagenesi in planta guidata da oligonucleotidi per produrre le mutazioni desiderate – Approccio transgenico o cisgenico
  20. 20. MIGLIORARE L’EFFICIENZA FOTOSINTETICA
  21. 21. IL PROGETTO RISO C4
  22. 22. MODIFICAZIONI GENETICHE ED AGRICOLTURA • Diminuire input – – – – – Fertilizzanti Acqua Erbicidi Pesticidi Fungicidi • Aumentare produttività – Soddisfare bisogni alimentari paesi emergenti • Migliorare qualità • Concentrarsi sui prodotti e non sui processi
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