Esplorare la biodiversità: quale importanza in viticoltura

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1 Il ruolo del CREA VE nella moderna viticoltura Esplorare la biodiversità: quale importanza in viticoltura Riccardo Velasco, PhD Direttore CREA Viticoltura ed Enologia 28/05/2019 1

2 Dagli Enti Mipaaf al più importante Ente di Ricerca dell Agroalimentare IRSA INRAN C.R.A. CREA 2300 people 40 institutes 12 Research Centers 100 experimental farms 5300 hectars 2000 publication/year 700 intellectual properties INEA ENSE 28/05/2019 2

3 La nuova struttura di ricerca CENTRI DI FILIERA Zootecnia e Acquacoltura Foreste e Legno Cerealicoltura e Colture industriali Viticoltura ed Enologia Orticoltura e Florovivaismo Olivicoltura Frutticoltura Agrumicoltura CENTRI DISCIPLINARI Genomica e Bioinformatica Agricoltura e Ambiente Difesa e Certificazione Ingegneria e Trasformazioni agroalimentari Alimenti e Nutrizione Politiche e Bioeconomia 28/05/2019 3

4 La nuova struttura Viticultura 12 Centri di ricerca 40 sedi GB AA DC IT AN PB ZA FL CI VE OF OFA Genomica e Bioinformatica Agricoltura e Ambiente Difesa e Certificazione Ingegneria e Trasformazioni agroalimentari Alimenti e Nutrizione Politiche e Bioeconomia Zootecnia e Acquacoltura Foreste e Legno Cerealicoltura e Colture Industriali Viticoltura ed Enologia Orticoltura e Florovivaismo Enologia OF Sanremo Olivicoltura, Frutticoltura e Agrumicoltura VE Asti DC Tavazzano CI Vercelli FL Casale M. IT Milano GB Fiorenzuola PB-uff Cagliari CI Bergamo OF Pescia ZA Lodi ZA Modena FL Trento IT Treviglio DC AA Firenze IT Monterotondo DC PB Roma AN AA Lab Arezzo FL Arezzo Enologia VE Conegliano ZA Monterotondo Lab Velletri CI Rovigo CI AA Bologna PB Perugia FO Caserta DC Palermo FO Ciampino VE Gorizia Viticulture FO Forlì PB Napoli DC Battipaglia OF Monsampolo PB Pescara PB-uff Campobasso OF Pontecagnano ZA Bella Chimica del suolo Resarch Centers map CI Foggia FO Acireale AA Bari FO Rende VE Turi CREA Viticoltura e uva da tavola 28/05/2019 4

5 5 principali Aree di Ricerca 1. Scoperta, conservazione e caratterizzazione della biodiversità nella vite coltivata 2. Miglioramento genetico e applicazione delle nuove biotecnologie per il miglioramento della vite 3. Viticoltura digitale, applicazione di high tech alla moderna agricoltura 4. Sostenibilità in viticoltura ed enologia Centro di Viticoltura ed Enologia Esplorare la biodiversità Nuove varietà resistenti Alta efficienza, basso input 5. Qualità, tracciabilità e valorizzazione dei prodotti tipici Prodotto italiano di alta qualità 28/05/2019 5

6 Il patrimonio viticolo mondiale: vitigni (Ambrosi H. et al. 1997) In Europa, l Italia è forse il paese più ricco di ampelo diversità: posizione geografica, al centro del Mediterraneo; frammentazione ecologica; frammentazione socio economica e politica, sviluppo tecnico ed economico più lento; avvento più tardivo dei parassiti della vite di origine neartica. 28/05/2019 6

7 I nuovi ritrovati vegetali: l innovazione possibile e le direttrici d intervento AMPLIAMENTO DELLA BASE AMPELOGRAFICA Miglioramento qualitativo: tipicità e unicità; sanità del materiale di moltiplicazione (selezione clonale) Iscrizione al Registro Nazionale delle Varietà di Vite (Art. 10, DM DM ) Istituzioni pubbliche, et al. AGLIANICO BIANCO CASSANO COLATAMURRO Classificazione delle varietà di vite per fini colturali (Accordo in sede di Conferenza Stato Regioni) Operatori di settore: aziende vitivinicole GIOSANA IUSANA MALVASIA AD ACINO PICCOLO Selezione clonale della vite (DM DM ) Operatori di settore: aziende viti vivaistiche NEGRO DOLCE PLAVINA SANTA SOFIA 28/05/2019 7

8 Biodiversità della vite Collezione di oltre 2,000 varietà Co amplificazione di 12 SSR 1. Scoperta, conservazione e caratterizzazione della biodiversità nella vite 28/05/2019 8

9 2006: sequenziato il genoma della vite Migliore output con minore input Fondazione Edmund Mach 28/05/2019 9

10 Genotipizzazione ad alta resa Grapevine SNPs array (18,000 SNPs) The goal of plant scientist is to explain natural phenotypic variation in terms of simple change in DNA sequence (Myles et al. 2009) 28/05/

11 Trascrittomica e metabolomica (A) Phenolics (C) VOCs (B) Carotenoids 28/05/

12 Trascrittomica e cambiamenti climatici The current challenge is the generation of new tools that integrate large scale data (trascriptomics, proteomics, metabolomics) to assess new questions and support agronomical practices 28/05/

13 UPLC MS targeted analysis discriminates 42 polyphenols in 8 different V.vinifera varieties. Varietal signature was defined by polyphenolic profiles in agreement with 22 microsatellite markers. Polyphenol «metabotyping» may assist grape breeding programs improving secondary metabolites. Metabolomica e biodiversità 28/05/

14 Trascrittomica e fonti di resistenza 8 different varieties from Central Asia V. vinifera accessions with different degree of resistance to oidium express differentially once attacked by the pathogen 28/05/

15 Moderna viticoltura e sostenibilità Prodotti di sintesi con minor ecotossicità Viticoltura di precisione (diagnosi/mappatura tramite telerilevamento) Lotta biologica (nemici naturali dei patogeni) Elicitori di difesa, microorganismi effettivi Modelli previsionali Tecniche agronomiche Distribuzione razionale (atomizzatori a recupero) Varietà tolleranti/resistenti 28/05/

16 Breeding moderno Mappe genetiche e marcatori molecolari 28/05/

17 Istituzioni Europee impegnate nel miglioramento genetico HGU Geisenheim JKI Geilweilerhof Siebeldingen Rep. Ceca Ungher INRA Colmar WBI Freiburg Austria Agroscope Changins Fond. Mach CREA VE Conegliano Arezzo Velletri Turi University Udine 100 km 28/05/ italien

18 MAS, selezione assistita inserita nel breeding molecolare da oltre 30 anni: Resistenze ai funghi Maturazione Terpeni e aromi Apirenia riccardo velasco@crea.gov.it 28/05/

19 Le prime 12 varietà in fase di valutazione presso le imprese: Egnatia Netium Maula Barolum Appia Barese Daunia Peucetia Norba Siris Japigia Vigilarum CREA VE 28/05/

20 Breeding per uva da tavola: Accordo CREA Consorzio NUVAUT siglato nel 2018; Realizzazione di 15 campi di valutazione dei 36 incroci; Trasferimento di 20 nuovi incroci selezionati su due portinnesti; Ottenimento di nuovi incroci per il prosieguo delle attività di breeding; Avvio di attività d incroci con parentali portatori di resistenze multiple (pyramiding); Trasferimento in campo di 5 selezioni ottenute fra uve da tavola e varietà resistenti; Accordi nazionali ed internazionali per approvigionamento fonti di resistenza; N. incroci realizzati nel 2017: n. 13 per un totale di 1600 semi; N. incroci realizzati nel 2018: n. 37 per un totale di 6700 semi; N. semi già germinati e trasferiti in aprile e maggio 2019: Circa /05/

21 Miglioramento genetico 2. Copertura 1. Castrazione e impollinazione 7. Selezione di nuove varietà resistenti 2. Miglioramento genetico o nuove biotech 6. Screening 5. Germinatione 3. Collezione 4. Recupero vinaccioli e vernalizzazione 28/05/

22 Correlazione fenotipo e genotipo 28/05/

23 Sviluppo di marcatori molecolari (fino all isolamento del gene) Sviluppo di marcatori Identificazione del locus Resistance to oidium1 Resintace to oidioum2 Resistence to peronospora1 Resistence to peronospora2 28/05/

24 Selezione ad alta resa Resistance () x Resistance () Phenotypic selection: res. to oidium molecular markers Genotypic selection via markers (MAS) riccardo velasco@crea.gov.it 28/05/

25 Effetto additivo in presenza di geni diversi (peronospora) Rpv Rpv /05/

26 Diversi marcatori disponibili per predirre la resistenza a: Run1, Rpv1 = resistance to oidium and peronospora invitis muscadinia Ren1 = resistance to oidium in Kishmish vatkana Ren2 = resistance to oidium in Regent Rpv3 = resistance to peronospora in Regent Rpv_X = resistance to peronospora in Solaris (Vitis amurensis) 28/05/

27 Genotype x Genotype y F1 Rpv_x Run1 Rpv1 Ren1 F1 Rpv3 Ren1 Rpv_x Ren Genotype z Ren1 Rpv_x Rpv3 Rpv_x Run1 Rpv1 Ren1 Ren2 Schema di piramidazione F1 F1 Genotype k Ren Rpv3 Rpv_x Run1 Rpv1 Ren1 Ren2 Rpv3 Run1 Rpv1 Ren1 Ren Rpv3 Rpv_x res. peronospora Run1 Rpv1 res. peronospora & oidium Rpv3 Rpv_x Run1 Rpv1 Ren1 Ren2 Ren1 Ren2 res. oidium /05/

28 Centro di Viticoltura ed Enologia Creare biodiversità: È possibile senza produrre OGM? 28/05/

29 Mutagenesi per aumentare la biodiversità The grain CRESO 28/05/

30 Mutagenesi per aumentare la biodiversità 28/05/

31 Mutagenesi per aumentare la biodiversità Genome Editing (mutagenesi) Crispr/cas9 Via plasmide Via proteina Espressione transitoria e non introducendo DNA 3 anni 28/05/

32 Progetto BioTech Mipaaf RNA guide endonuclease VITECH + Cas9 protein Chardonnay New variety(?) (Chardonnay clone) 28/05/

33 VITECH Büschges, R. et al., (1997) The barley Mlo gene: a novel control element of plant pathogen resistance. Cell 88: Pessina, S. et al., (2016) Knock out of Mlo genes reduce susceptibility to powdery mildew in grapevine. Hort Research 3: Mlo gene family in grapevine distribution along the 19 chromosomes mlo13 mlo12 mlo14 mlo3 mlo8 mlo7 mlo6 Ren5 Ren mlo2 mlo1 Orzo Mlo vs. mlo mlo17 mlo9 mlo11 mlo10 Run1 Brachetto vite suscettibile mlo16 Ren1 mlo15 mlo4 Ren2 Run2 Brachetto-mlo07 mutata 28/05/

34 Centro di Viticoltura ed Enologia Grazie dell attenzione 28/05/