MAS MARKER ASSISTED SELECTION SELEZIONE ASSISTITA DEI MARCATORI. Carmine Correale

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1 MAS MARKER ASSISTED SELECTION SELEZIONE ASSISTITA DEI MARCATORI Carmine Correale

2 CHE COS E La Selezione Assistita dei Marcatori (MAS Marker Assisted Selection) è una tecnica che accelera e semplifica la selezione delle migliori caratteristiche delle piante attraverso incroci ripetuti.

3 CHE COS E Si fonda sul principio che la diversità biologica presente all interno di una stessa specie offre la possibilità di individuare varietà compatibili con quelle di interesse commerciale, in grado di esprimere caratteristiche particolari.

4 CHE COS E La Selezione Assistita dei Marcatori (MAS) è, dunque, un modo per accelerare i processi di selezione tradizionali (che la natura, da sola, non è in grado di compiere o impiegherebbe un tempo lunghissimo per riuscirci) utilizzando le conoscenze di genetica e biologia molecolare.

5 CHE COS E Tale tecnica si è dimostrata particolarmente utile per selezionare varietà di diverse specie vegetali con accresciute capacità produttive, maggior resistenza agli attacchi parassitari, maggior tolleranza alla salinità o con migliorate qualità nutritive.

6 COME FUNZIONA LA MAS

7 COME FUNZIONA Tutti gli organismi viventi trasmettono alla progenie delle caratteristiche specifiche che sono codificate nel materiale genetico, costituito da una o due catene di DNA (acido desossiribonucleico) o RNA (acido ribonucleico).

8 COME FUNZIONA Con la mappatura genetica e l applicazione di tecniche di biologia molecolare, è possibile individuare ed, eventualmente, isolare i geni che codificano particolari caratteri e associarli a determinate sequenze nucleotidiche che si trovano prima e dopo di loro lunga la catena di DNA e che nel corso della riproduzione vengono trasferite assieme ai geni cui sono associate.

9 COME FUNZIONA Questo processo di incrocio mirato viene ripetuto fino a che la sequenza nucleotidica non risulti stabilmente inclusa nel genoma della nuova varietà (introgressione).

10 COME FUNZIONA Grazie alla MAS è possibile dimezzare i tempi richiesti dalle tradizionali tecniche di ibridazione, basate sulla selezione fenotipica (il risultato dell interazione delle informazioni ereditarie con l ambiente circostante) degli individui adulti. Si è inoltre dimostrata particolarmente adatta per intervenire sul trasferimento di caratteri poligenici, regolati cioè dall azione congiunta di più geni.

11 DIFFERENZE TRA MAS E OGM

12 DIFFERENZE TRA MAS E OGM Le varietà prodotte con l applicazione della MAS non contengono frammenti di DNA estraneo alla specie cui appartengono dal momento che l introgressione dei caratteri avviene tramite riproduzione sessuata e per semplice modifica dei caratteri di uno stesso gene. Ciò significa che il numero e le disposizioni dei nucleotidi lungo la catena del DNA è identica agli individui appartenenti alla varietà di partenza.

13 DIFFERENZE TRA MAS E OGM Al contrario, per creare un OGM è necessario bombardare colture cellulari della specie che si vuole modificare con un pacchetto di materiale ereditario, costituito dal gene di interesse, accompagnato da geni che ne regolano l attività (promoters).

14 DIFFERENZE TRA MAS E OGM In diversi casi, inoltre, vengono anche aggiunti alcuni geni che esprimono la resistenza a specifici antibiotici e che hanno l unica funzione di agevolare il processo di selezione delle cellule che si vanno a trasformare.

15 DIFFERENZE TRA MAS E OGM Dopo aver bombardato la coltura cellulare con il pacchetto transgenico, è sufficiente esporla agli antibiotici di cui si è indotta resistenza per uccidere tutte le cellule che non hanno incluso nel loro DNA i geni esogeni.

16 DIFFERENZE TRA MAS E OGM Anche se il materiale genetico aggiunto al DNA ricevente rappresenta percentuali trascurabili, gli OGM presentano un numero di geni superiore a quello del DNA di partenza ed una diversa sequenza nucleotidica.

17 DIFFERENZE TRA MAS E OGM Gli effetti di ciò sono difficilmente prevedibili dal momento che non sono conosciuti gli effetti di interazione tra geni diversi nonché le possibilità che l inclusione casuale del transgene in un diverso genoma possa attivare, sopprimere o modificare l azione di altri geni.

18 DIFFERENZE TRA MAS E OGM L ingestione di OGM che contengono anche i geni di resistenza agli antibiotici, inoltre, espone l organismo al rischio che frammenti di DNA transgenico vengano inclusi nel genoma dei batteri gastrici ed intestinali degli animali, uomo incluso, rendendoli immuni agli antibiotici.

19 DIFFERENZE TRA MAS E OGM Nel caso in cui l organismo venisse attaccato da batteri patogeni l ibridazione con la flora batterica endogena potrebbe finire per creare ceppi patogeni resistenti, che finirebbero per rendere inefficaci i trattamenti terapeutici con gli antibiotici tradizionali.

20 APPLICAZIONE DELLA MAS

21 APPLICAZIONE DELLA MAS La selezione assistita con l ausilio di marker molecolari viene praticata con grande successo da ben prima dell avvento degli OGM e con risultati decisamente più incoraggianti e meno controversi addirittura in diversi Paesi in Via di Sviluppo.

22 APPLICAZIONE DELLA MAS La MAS contro gli stress biotici (biologici) Gli stress biotici o biologici - come virus, funghi, batteri, erbe infestanti e insetti - costituiscono un grande limite alla produttività agricola. Dal punto di vista sia economico che ecologico la modalità più vantaggiosa per controllare questi fattori è lo sviluppo di varietà agricole resistenti.

23 APPLICAZIONE DELLA MAS La MAS contro gli stress abiotici (fisici e chimici) Gli stress abiotici come la siccità, l eccesso di salinità nel suolo o gli allagamenti sono una delle maggiori sfide per una produzione sostenibile del cibo. I cambiamenti climatici in atto accentueranno ulteriormente questi problemi, rendendo le colture resistenti agli stress abiotici un elemento chiave per il futuro.

24 APPLICAZIONE DELLA MAS La MAS viene considerata una tecnica potenzialmente in grado di facilitare lo sviluppo di colture tolleranti agli stress abiotici; tuttavia, sebbene il numero di marcatori relativi alla tolleranza agli stress abiotici sia cresciuto negli ultimi anni, al momento solo pochi di questi sono stati applicati con successo nei programmi pubblici di miglioramento genetico.

25 APPLICAZIONE DELLA MAS La MAS per i tratti relativi alla qualità La selezione di colture migliorate nei tratti relativi alla qualità, come ad esempio un maggiore contenuto proteico, sta guadagnando importanza sia nei Paesi sviluppati che in quelli in via di sviluppo. L avvento delle tecniche di marcatura molecolare rende possibile marcare i geni che conferiscono i tratti desiderabili e velocizzare il processo di selezione. La MAS può sfruttare la naturale variabilità genetica dei livelli di micronutrienti ed è attualmente utilizzata per selezionare concentrazioni maggiori di provitamina A, ferro e zinco in diverse colture.

26 APPLICAZIONE DELLA MAS Oltre alle varietà giunte alla fase di commercializzazione (riso, orzo, fagioli, grano, miglio, soia, mais e pomodoro) la ricerca sulle possibili applicazioni della MAS riguarda patate, patate dolci, cacao, banane, canna da zucchero e diverse leguminose. Nuovi strumenti e tecnologie stanno rendendo la MAS sempre più basata sull intero genoma, piuttosto che solo su piccoli segmenti e, dato che il numero di colture con genomi completamente sequenziati sta crescendo con regolarità, ci si attende che nel prossimo futuro l applicazione della MAS si diffonda ulteriormente.

27 CONCLUSIONI

28 CONCLUSIONI In conclusione la MAS: è amica dell'ambiente non genera problemi di contaminazione ambientale non genera conflitti sociali accelera e semplifica la selezione delle migliori caratteristiche delle piante offre i vantaggi dell'innovazione genetica

29 CONCLUSIONI In conclusione la MAS: non ha le controindicazioni tipiche degli OGM offre risultati più incoraggianti e meno controversi degli OGM le varietà selezionate non sono coperte da brevetto industriale costa meno

30 ALTRE TECNICHE DI SELEZIONE

31 ALTRE TECNICHE DI SELEZIONE Impollinazione incrociata E la tecnica tradizionale già utilizzata nel XIX secolo. Si prelevano le antere maschili col polline che poi vengono fatte incontrare con gli stami delle piante madri per ottenere una nuova varietà.

32 ALTRE TECNICHE DI SELEZIONE Cisgenica Tecnica simile a quella del DNA ricombinante (OGM), utilizza solo geni appartenenti alla stessa specie. Imita la selezione naturale favorendo la velocità di miglioramento genetico.

33 ALTRE TECNICHE DI SELEZIONE Radioattività Usata negli anni 50, modifica il patrimonio genetico delle piante bombardandole con radiazioni in modo da favorire la produzione di mutanti tra cui selezionare quelli interessati.

34 ALTRE TECNICHE DI SELEZIONE Accelerated Yield Tech Un insieme di tecniche che mira a ottimizzare la velocità di nascita di nuove varietà e a ricavare informazioni per selezionare le varietà che sembrano promettere meglio.

35 ALTRE TECNICHE DI SELEZIONE Selezione del seme con laser Nella LASS (Laser Assisted Seed Selection) si preleva tessuto dal seme in modo da valutare in anticipo se un certo carattere è già presente e si valutano così le caratteristiche della pianta.

36 ALTRE TECNICHE DI SELEZIONE Gene shuffling Sviluppata a partire dagli anni 90, questa tecnologia mira ad aumentare l attività dei geni ritenuti interessanti.

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