Progetto

Il progetto SURF mira a selezionare e sviluppare materiali genetici di frumento duro per la resistenza a virus, individuando e utilizzando caratteri di resistenza attraverso l’utilizzo di moderni approcci sperimentali e tecnologici.

PROBLEMA
La produzione di frumento in Italia e Lombardia è spesso danneggiata da diverse malattie, e tra queste le malattie di origine virale rappresentano un problema attuale, in quanto le temperature miti nel periodo autunno-invernale dovute ai cambiamenti climatici permettono ai vettori delle virosi di infettare le colture per un periodo molto più ampio del normale.

Tra i virus più diffusi in Italia e Lombardia vi è il virus del mosaico comune del frumento (soil-borne cereal mosaic virus, SBCMV), appartenente al genere Furovirus, trasmesso dal suolo alla pianta tramite un vettore, il protozoo plasmodioforale Polymyxa graminis Led. Su molte varietà di frumento l’effetto del SBCMV è devastante e può portare a considerevoli perdite di raccolto. Inoltre, la presenza del virus perdura nel tempo dato che le spore di P. graminis possono rimanere attive nei terreni per più di 10 anni. Poiché non esistono metodi per eliminare il virus dal terreno, l’unica soluzione è sviluppare e coltivare varietà di frumento resistenti.

Un altro patogeno virale del frumento, sempre mediato dal vettore P. graminis, è il virus della striatura fusiforme (Wheat spindle streak mosaic virus, WSSMV, o Wheat yellow mosaic virus, WYMV), che appartiene al genere dei Bymovirus: un virus molto diffuso in Europa. Attualmente in Italia è stato segnalato solo in alcune zone, ma non è da escludersi una sua diffusione in un prossimo futuro anche in altri areali di coltivazione del frumento, come in Lombardia.

OBIETTIVI DEL PROGETTO
Il progetto SURF prevede lo sviluppo di conoscenze in frumento duro per la resistenza a virus attraverso:

• l’identificazione di linee di frumento duro resistenti a SBCMV,
• l’individuazione di loci genici coinvolti nella risposta a infezioni virali,
• strategie innovative di miglioramento genetico per la resistenza a WSSMV.

1) Per l’identificazione di genotipi di frumento duro resistente a SBCMV e l’individuazione di caratteri di resistenza verrà utilizzata una collezione di genotipi di frumento duro, principalmente genotipi selvatici, provenienti da tutto il mondo. Piante di più di 200 di questi genotipi verranno cresciute su terreno infetto dal virus in ambiente controllato. Il livello di infezione di ciascun genotipo verrà analizzato per identificare i genotipi resistenti al virus. Specifici biosensori sviluppati per il progetto monitoreranno in tempo reale, in continuo e in modo dinamico, i cambiamenti della composizione della linfa della pianta in vivo in seguito all’infezione virale.

2) Un’analisi di associazione statistica tra i dati fenotipici (entità di infezione del virus) e genotipici (marcatori molecolari), denominata GWAS (Genome Wide Association Study), permetterà di individuare regioni del genoma di frumento associate alla resistenza a SBCMV e geni putativamente coinvolti nella resistenza. Questi geni saranno sequenziati per identificare le varianti dei genotipi resistenti, da utilizzare in futuri programmi di miglioramento genetico per frumento duro. La risposta fenotipica all’infezione e le informazioni genetiche a disposizione saranno anche utilizzate per sviluppare modelli predittivi attraverso l’applicazione di speciali algoritmi.

3) Per ridurre l’infettività del virus della striatura fusiforme del frumento (WSSMV), verranno sviluppate linee di frumento duro in cui risulta inattivato in maniera specifica un putativo gene di suscettibilità a questo tipo di virus, codificante per una proteina-disolfuro-isomerasi (PDIL5-1). Attraverso un approccio di genome editing, si produrranno linee di frumento duro in cui il gene PDIL5-1 risulti inattivato. Le linee così prodotte verranno analizzate a livello fenotipico per valutare la risposta all’ infezione con Bymovirus.

RISULTATI ATTESI
I risultati ottenuti nell’ambito del progetto SURF, oltre a produrre nuova conoscenza nel campo della risposta delle piante a virus, avranno un’importante ricaduta nel medio periodo, in quanto verranno identificati e sviluppati genotipi di frumento duro resistenti a virus, e nel lungo periodo, in quanto i caratteri di resistenza individuati potranno essere utilizzati in futuri programmi di miglioramento genetico del frumento.