Una nuova scoperta sulla diversità del grano potrebbe fornire una soluzione urgente per la sicurezza alimentare globale
La diversità appena scoperta nel genoma del grano potrebbe offrire nuove opportunità vitali per migliorare e rendere "a prova di clima" una delle più importanti colture di base del mondo
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Il grano ha un genoma molto grande e complesso. I ricercatori hanno scoperto che le diverse varietà possono utilizzare i loro geni in modi diversi. Studiando l'RNA - le molecole che eseguono le istruzioni del DNA - i ricercatori possono vedere quali geni sono attivi e quando. Mappando per la prima volta questa attività genica, i ricercatori sono in grado di accelerare i programmi internazionali di selezione del grano, sviluppando nuove varietà di grano in grado di adattarsi alla rapida escalation dell'emergenza climatica.
Il grano è la coltura più diffusa al mondo, con oltre 215 milioni di ettari coltivati ogni anno. Per soddisfare la domanda di una popolazione mondiale in crescita, i selezionatori di piante devono affrontare la sfida di aumentare la produzione di grano di circa il 60% entro i prossimi 40 anni.
Il pan-trascrittoma del grano offre un potente strumento per aiutare a vincere questa sfida. Consentirà ai selezionatori di accelerare il miglioramento della resa e di sviluppare varietà di grano più resistenti, meglio equipaggiate per affrontare l'aumento delle temperature, la scarsità d'acqua e la scarsa qualità del suolo. Inoltre, ciò può essere fatto senza aumentare la dipendenza dai fertilizzanti, che sono legati alla perdita di biodiversità e all'inquinamento.
Rachel Rusholme-Pilcher, ricercatrice senior post-dottorato presso l'Earlham Institute e co-autrice, ha dichiarato: "Abbiamo rivelato strati di diversità nascosta che abbracciano le nostre moderne varianti di grano. Questa diversità è probabilmente alla base del successo del grano in un'ampia gamma di ambienti globali.
"Abbiamo scoperto come gruppi di geni lavorino insieme come reti di regolazione per controllare l'espressione genica. La nostra ricerca ci ha permesso di esaminare come queste connessioni di rete differiscano tra le varietà di grano, rivelando nuove fonti di diversità genetica che potrebbero essere fondamentali per aumentare la resilienza del grano".
Inoltre, questo lavoro ha creato un'importante risorsa per la comunità mondiale della ricerca sul grano, un chiaro esempio di come la collaborazione nazionale e internazionale e le nuove tecnologie possano portare a scoperte scientifiche nella sicurezza alimentare globale.
Gran parte della diversità genetica non sfruttata potrebbe derivare dal modo in cui il grano si è adattato ai diversi ambienti nel corso del tempo, plasmato da oltre 100 anni di selezione moderna e più di 10.000 anni di coltivazione.
Il dottor Manuel Spannagl, vice capogruppo del gruppo Genoma vegetale e biologia dei sistemi di Helmholtz Monaco, ha dichiarato: "Il nuovo atlante di espressione ci ha permesso di prevedere e confrontare in modo indipendente il contenuto genico delle cultivar di grano. Abbiamo utilizzato queste previsioni geniche insieme ai dati del pan-trascrittoma per identificare variazioni pronunciate nella superfamiglia delle prolammine e nelle proteine immuno-reattive tra le cultivar".
Il sequenziamento delle isoforme dei trascritti e l'annotazione de novo sono stati eseguiti dai gruppi di Genomica tecnica e di Bioinformatica di base dell'Istituto Earlham grazie all'Infrastruttura di ricerca nazionale sulle bioscienze in genomica trasformativa finanziata dal BBSRC.
Il dottor Karim Gharbi, responsabile del gruppo di genomica tecnica dell'Earlham Institute, ha dichiarato: "Questo lavoro dimostra il potere della tecnologia di rivelare una nuova biologia, in questo caso una diversità funzionale nascosta che non era stata documentata prima". Le risorse della pangenomica del frumento stanno crescendo rapidamente, con un'ulteriore diversità ancora da scoprire".
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Pubblicazione originale
Benjamen White, Thomas Lux, Rachel Rusholme-Pilcher, Angéla Juhász, Gemy Kaithakottil, Susan Duncan, James Simmonds, Hannah Rees, ... Joanna Melonek, Sylvie Cloutier, Gabriel Keeble-Gagnère, Josquin Tibbets, Erik Legg, Arvind Bharti, Peter Langridge, Ken Chalmers, Assaf Distelfeld, Manuel Spannagl, Anthony Hall; "De novo annotation reveals transcriptomic complexity across the hexaploid wheat pan-genome"; Nature Communications, Volume 16, 2025-10-6
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