Water, Food Security and Environmental Sustainability

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1 Water, Food Security and Environmental Sustainability May 2015, Venice A

2 Aquae Venezia 2015: the side pavilion of expo milan 2015 dedicated to water A journey through the reflections of water, discovering the infinite relationships between the blue gold, mankind and the planet, in the city that more than any other has built its history and fortunes upon this element. From May to October, Venice hosts Aquae Venice 2015, the only satellite pavilion of Expo Milan 2015, which sponsors the event. Aquae Venice 2015 is a showcase for knowledge and exciting experiences, featuring multimedia installations, exhibitions, experiential activities for adults and children, as well as a wide selection of conferences theming the relationship between man and food. Aquae also provides a program of conferences dedicated to scientific, social, economic issues, and a section for business, with professional meetings and international delegations. Aquae Venice 2015 takes place in a new pavilion designed by architect Michele De Lucchi. Aquae Venice 2015 is an event sponsored by Expo Venice S.p.A. AQUAE VENEZIA 2015: IL PADIGLIONE DELL ACQUA COLLATERALE DI EXPO 2015 Un viaggio tra le sfumature dell acqua, alla scoperta delle innumerevoli relazioni tra l oro blu, l uomo e il pianeta, nella città che più di qualunque altra ha legato la sua storia a questo elemento. Da maggio ad ottobre, Venezia ospita - unico padiglione satellite di Expo 2015, che patrocina l evento - Aquae Venezia 2015: un percorso di conoscenze ed esperienze che prevede istallazioni multimediali, scenografie, spazi esperienziali per grandi e bambini, nonché una vasta sezione dedicata al rapporto tra l uomo e il cibo. Aquae prevede inoltre un articolato programma di convegni dedicati a tematiche scientifiche, sociali, economiche e una sezione per le aziende, con incontri professionali e delegazioni internazionali. Sede di Aquae Venezia 2015 è un nuovo padiglione progettato dall architetto Michele De Lucchi. Aquae Venezia 2015 è un evento promosso da Expo Venice S.p.A. Water, Food Security and Environmental Sustainability Program Committee President: Members: Chiara Tonelli Vice-Rector for reasearch and Professor, Department of Biosciences, Università degli Studi di Milano Lucio Conti Researcher, Department of Biosciences, Università degli Studi di Milano roberto Defez Researcher, Institute of Biosciences and Bioresources, CNR Napoli Fabio Fornara Professor, Department of Biosciences, Università degli Studi di Milano Claudio Gandolfi Professor, Department of Agricultural and Environmental Sciences, Università degli Studi di Milano martin Kater Professor, Department of Biosciences, Università degli Studi di Milano Katia Petroni Professor, Department of Biosciences, Università degli Studi di Milano roberto Tuberosa Professor, Department of Agronomy, Università degli Studi di Bologna B 1

3 Water, Food Security and Environmental Sustainability Acqua, sicurezza alimentare e sostenibilità ambientale Although access to food and water is considered a universal right of the Declaration of Human Rights of the United Nations, two billion people in the world suffer from hunger, they are at risk of malnutrition and do not have access to safe water. This affects the majority of the inhabitants of developing countries, which are often rich in valuable raw materials that end up lining the pockets (and filling the dishes) of the wealthiest people on the planet, representing a small section of mankind. Thus, creating one of the paradoxes of the third millennium, leading to an undernourished global population in contrast with a group of people who fall ill due to overeating. If, as many experts state, there will be at least nine billion people on the planet in 2050, it will be necessary to ensure that there is enough food for everyone, which is affordable and produced sustainably. It must also be healthy and nutritious, that is to say, able to provide an adequate supply of vitamins, minerals and bioactive compounds to allow for a healthy and active life. How can this be achieved? Increasing (in quantity and quality) agricultural production and the availability of drinking water resources. In both cases, water is the element that will make a difference. In order to double agricultural production, it is necessary to limit water consumption. 97% of water on earth is salt water. 2.5% is freshwater but only 0.01% of this is available as most of it is in glaciers or in unreachable places. It is also necessary to consider that 70% of available freshwater globally is used in agriculture, 20% in industry and 10% for domestic use. Water is a finite and valuable resource. Reducing waste is therefore a priority. Water networks must be improved, both in developing and industrialised countries, although there are different reasons behind current issues. Research on the sustainable use of water, in terms of savings within the production cycles and wastewater treatment, also needs to be intensified. But, to do so in a way that water and food are really within everyone s reach, the consumption of water in agriculture must be reduced. As the area of arable land cannot be expanded at the expense of forests, it is time to find solutions that would reconcile the need for high production with improved environmental sustainability. Science and technology must make essential contributions to resolve these problems. The programme of the three conferences of the Planet Life series, included in the context of Aquae Venice 2015, will address these issues from different perspectives. The aim is to analyse the various related themes: sustainable agriculture, increased productivity, climate changes and desertification, food safety, and the protection of water resources. A revolution of this magnitude requires a new ethical, political and economic vision of society. As the Expo organiser, Italy has a great opportunity to position itself as the driving force that will accompany the evolution of the planet. Nonostante l accesso a cibo e acqua sia considerato un diritto universale della Carta dei Diritti Umani delle Nazioni Unite, due miliardi di persone nel mondo soffrono la fame, sono a rischio malnutrizione e non hanno accesso ad acqua sicura. Si tratta in larga parte degli abitanti dei Paesi in via di sviluppo, spesso ricchi di materie prime preziose che finiscono nelle tasche (e nei piatti) delle popolazioni più agiate del pianeta, rappresentanti di una piccola parte dell umanità. Nasce così uno dei paradossi del terzo millennio, che porta ad avere una popolazione mondiale sottonutrita contrapposta a una quota di persone che si ammala per eccesso di cibo. Se, come molti esperti affermano, nel 2050 sul pianeta ci saranno almeno nove miliardi di persone, occorrerà garantire a tutti cibo a sufficienza, prodotto in modo sostenibile ed economicamente accessibile. Inoltre dovrà essere sano e nutriente, in grado, cioè, di fornire un adeguato apporto in vitamine, minerali e composti bioattivi così da permettere una vita sana ed attiva. Come lo si potrà ottenere? Incrementando (nella quantità e nella qualità) la produzione agricola e la disponibilità di risorse idriche potabili. In entrambi i casi, l acqua è l elemento che farà la differenza. Perché la produzione agricola raddoppi, è necessario contenere i consumi idrici. Il 97% dell acqua presente sulla terra è salata, solo il 2,5% è acqua dolce ma di questa solo lo 0,01% è disponibile in quanto la maggior parte è presente nei ghiacciai o in luoghi non raggiungibili. Occorre inoltre considerare che a livello globale il 70% dell acqua dolce disponibile è utilizzata in campo agricolo, il 20% in campo industriale ed il 10% per uso domestico. L acqua è una risorsa finita e preziosa. Ridurre gli sprechi è dunque una priorità. Occorre migliorare le reti idriche, sia nei Paesi in via di sviluppo sia in quelli industrializzati, sebbene alla base delle problematiche attuali ci siano ragioni diverse. È necessario inoltre potenziare la ricerca per l uso sostenibile dell acqua, in termini di risparmio all interno dei cicli produttivi e di depurazione dell acqua reflua. Ma per fare in modo che acqua e cibo siano realmente alla portata di tutti, serve ridurre il consumo di acqua in agricoltura. Non potendo aumentare le superfici coltivabili a scapito delle foreste, è il momento di individuare soluzioni che permettano di conciliare l esigenza di elevata produzione con una migliore sostenibilità ambientale. La scienza e la tecnologia devono apportare contributi essenziali alla risoluzione di questi problemi. Il programma dei tre convegni del ciclo Pianeta Vita, inserito nel contesto di Aquae Venezia 2015, affronterà questi argomenti da diverse prospettive. L obiettivo è approfondire i diversi temi correlati: agricoltura sostenibile, aumento della produttività, cambiamenti climatici e desertificazione, sicurezza alimentare, tutela delle risorse idriche. Una rivoluzione di tale portata deve passare da una nuova visione - etica, politica ed economica - della società. L Italia, in quanto organizzatrice di Expo, ha una grande opportunità per mettersi alla guida del fronte che dovrà accompagnare l evoluzione del pianeta. 2 3

4 Water, Food Security and Environmental Sustainability day 1 Opening of the Scientific Sessions Tuesday 5 May :00 pm - 6:00 pm Chiara Tonelli Vice-Rector for reasearch and Professor, Department of Biosciences, Università degli Studi di Milano Gabriella Chiellino President eambiente Group Michela Miletto Coordinator WWAP World Water Assessment Programme UNESCO Carlo Carraro Director International Center for Climate Governance (ICCG) Fondazione Eni Enrico Mattei Barbara Degani Undersecretary Ministry of the Environment Ermete Realacci President of the Commission for the Environment at Camera dei Deputati and President Fondazione Symbola 4 5

5 day 2 Addressing Food Security from Multiple Perspectives Water, Food Security and Environmental Sustainability Genes Behind Water-Related Traits Wednesday 6 May 2015 morning session 9:30 am - 1:00 pm Wednesday 6 May 2015 afternoon session 2:30 pm - 5:00 pm Chair Roberto Tuberosa Professor, Department of Agronomy, Università degli Studi di Bologna Introduction to the theme Chiara Tonelli Vice-Rector for reasearch and Professor, Department of Biosciences, Università degli Studi di Milano Feeding a world of 9 billion people - opportunities and challenges Prabhu Pingali Professor & Director, Tata Cornell Agriculture & Nutrition Initiative, Cornell University The high value to society of highly productive and innovative agriculture Harald von Witzke Professor and Chair for International Agricultural Trade and Development, Humboldt - Universität zu Berlin Genomics assisted breeding for increased yield: tomato as a model Dani Zamir Professor, Faculty of Agriculture, The Hebrew University of Jerusalem Understanding plant developmental reprogramming under drought stress: what can we learn from a weed? Lucio Conti Researcher, Department of Biosciences, Università degli Studi di Milano Unlocking seawater. The role of salt tolerant crops for food security Mark Tester Associate Director, Center for Desert Agriculture, King Abdullah University of Science and Technology Chair Fiorella Lo Schiavo Professor, Department of Biology, Università degli Studi di Padova Tuning crop water consumption using genetics and chemistry Sean Cutler Associate Professor, Center for Plant Cell Biology, University of California Riverside Roots: the hidden half of plant adaptive responses to water stress Malcolm Bennett Professor of Plant Sciences, University of Nottingham Genetic variability of plant responses to environmental conditions, from phenotyping to modelling François Tardieu Research Director Ecophysiology Laboratory of Plants under Environemental Stress, INRA Montpellier Waterproofing crops Julia Bailey-Serres Director, Center for Plant Cell Biology, University of California Riverside 6 7

6 day 3 GMO and new technologies to boost growth in plants Water, Food Security and Environmental Sustainability gmo and new technologies applied to agriculture Thursday 7 May 2015 morning session 9:30 am - 1:00 pm Thursday 7 May 2015 afternoon session 2:30 pm - 5:00 pm Chair Fabio Fornara Professor, Department of Biosciences, Università degli Studi di Milano Molecular breeding for better and resilient crops: successes and challenges Sigrid Heuer Associate Professor, Australian Centre for Plant Functional Genomics ACPFG Addressing food security through nutritional enhancement of food Cathie Martin Professor, Department of Metabolic Biology, John Innes Centre, Norwich Developing climate-smart crops with a smaller foot print towards greater food security - ensuring their societal acceptance Channapatna Prakash College of Agriculture, Environment and Nutrition Sciences, Tuskegee University Mutation breeding and future applications Arjen van Tunen Director, CEO KeyGene Next generation breeding in the next generation sequencing era Michele Morgante Professor, Department of Agricultural and Environmental Sciences, Università di Udine Boosting crop yield under stress: releasing the brakes on growth Ari Sadanandom Professor, School of Biological and Biomedical Sciences, Durham University Best Italian style derives from GMOs Roberto Defez Researcher, Institute of Biosciences and Bioresources CNR, Napoli Panel discussion Roberto Defez Institute of Biosciences and Bioresources CNR, Napoli Silvano Dalla Libera Futuragra Michele Morgante Università di Udine Deborah Piovan Confagricoltura Veneto 8 9

7 Julia Bailey-Serres Director, Center for Plant Cell Biology, University of California Riverside Dr. Julia Bailey-Serres is a professor in the Department of Botany and Plant Sciences and the Director of the Center for Plant Cell Biology at the University of California, Riverside. Her recognitions include the USDA National Research Initiative Discovery Award for Outstanding Agricultural Research to Enhance Submergence Tolerance in Rice, fellow of the American Association for the Advancement of Science, and fellow of the American Society of Plant Biologists. Her group studies plant responses to flooding and the accompanying low oxygen stress from the molecular to the whole plant level. She has received international attention for her group s dissection of the mechanistic role of the SUB1A gene in conferring tolerance to submergence in rice. She is also recognized for pioneering methods that enable study of gene activity in specific cell types of complex tissues. Waterproofing crops Too much water - flooding - of farmlands due to climatic events is a significant cause of global food insecurity. All major crops, with the exception of rice, die within a few days of flooding. Yet many wild species thrive with waterlogged roots and in some cases submerged shoot tissue. This is due to hard-wired or flexible metabolic and development pathways that enable avoidance or endurance of oxygen starvation and other negative consequences of flooding. Beneficial genes that allow some varieties of rice to escape or tolerate too much water have been identified. In each case the key genes have arisen through duplication of chromosomal regions and subsequent changes of the encoded protein. These stress adaptation genes effectively regulate growth during the ebb and flow of a flood. A stress adaptation gene called Sub1 was identified and subsequently introduced by breeding into popular rice varieties in an initiative led by the International Rice Research Institute. Sub1 rice now enhances yield stability for millions of farmers that cultivate flood-prone paddies. Further understanding of stress survival mechanisms that have evolved in nature is key to waterproofing vulnerable crops. Julia Bailey-Serres è Professore presso il Dipartimento di botanica e scienze vegetali e Direttore del Center for Plant Cell Biology alla University of California, Riverside. Ha ricevuto numerosi riconoscimenti tra cui lo USDA National Research Initiative Discovery Award per le straordinarie ricerche in campo agricolo per migliorare la tolleranza del riso alla sommersione. È inoltre un fellow dell American Association for the Avancement of Science e dell American Society of Plant Biologists. Il suo gruppo di ricerca studia la risposta delle piante alle inondazioni e il conseguente stress per carenza di ossigeno partendo dal livello molecolare fino a coprire tutta la pianta. Gli studi approfonditi del suo gruppo sul ruolo del gene SUB1A nella resistenza alla sommersione nel riso hanno richiamato l attenzione degli scienziati da tutto il mondo. È inoltre nota per aver introdotto metodi innovativi che consentono lo studio dell attività genetica in tipi specifici di cellule di tessuti complessi. Colture resistenti all acqua Le inondazioni dei terreni agricoli provocate dagli eventi climatici incidono in modo significativo sulla sicurezza alimentare globale. Tutte le principali colture, tranne il riso, muoiono a pochi giorni di distanza dalle inondazioni. Molte specie invece si sviluppano quando le radici e, in alcuni casi, i germogli sono sommersi. Questo è possibile grazie a pathway metabolici e di sviluppo complessi e flessibili che prevengono l insorgere o il perdurare dell ipossia e altre conseguenze negative provocate dalle inondazioni. Sono stati identificati i geni che permettono ad alcune varietà di riso di tollerare eccessive quantità di acqua. In tutte le occorrenze i geni chiave sono stati identificati tramite la duplicazione di regioni cromosomiche e le conseguenti modifiche della proteina codificata. Questi geni di adattamento allo stress sono in grado di regolare la crescita durante le maree di un inondazione. Grazie a un iniziativa dell International Rice Research Institute, è stato identificato un gene di adattamento allo stress chiamato Sub1 e successivamente introdotto in alcune varietà di riso diffuse. Oggi il riso Sub1 consente di ottenere raccolti più stabili a milioni di agricoltori che coltivano risaie soggette a inondazione. Una migliore comprensione dei meccanismi di tolleranza allo stress sviluppatisi in natura è fondamentale per produrre colture più resistenti all acqua

8 Malcolm Bennett Professor of Plant Sciences, University of Nottingham Malcolm Bennett (Chair of Plant Science at University of Nottingham) has been fascinated by roots the hidden half of plant biology, throughout my 25 years research career. Many of the genes and signals that regulate key root traits such as angle, depth and branching have been identified in his group or in collaboration with other European labs using the model plant Arabidopsis thaliana. This pioneering work has been performed at the Centre for Plant Integrative Biology (CPIB), a world-renowned systems biology centre at the University of Nottingham, where Professor Bennett currently serves as Director. Efforts are currently underway at CPIB to use the molecular genetic information generated by Professor Bennett s team and collaborators about root development to develop novel varieties of crops. In the last 5 years he has led efforts to non-invasively image roots growing in soil. Recent BBSRC Professorial Research Fellowship and ERC Advanced Investigator awards have made it possible to build a state-of-the-art fully automated X-ray root imaging called the Hounsfield Facility staffed by a team of over 30 researchers spanning plant, soil, engineering, mathematical and computer sciences. His current research focuses on discovering novel molecular mechanisms controlling root adaptive responses to environmental signals like water that underpin efforts to improve crop performance. During his 25 years career he has published over 150 peer reviewed research papers and review articles in journals such as Science, Nature and PNAS and is one of the top 100 most highly cited plant and animal researchers. His efforts to re-engineer root architecture were recognised in 2013 with a Royal Society Wolfson Research Merit Award, and 2014, by election as a member of the European Molecular Biology Organization (EMBO). Roots: the hidden half of plant adaptive responses to water stress Water is essential to life, human health, food production and economic activity. The growth in global population and manufacturing combined with the impact of climate change are placing unsustainable demands on water resources, necessitating the development of better integrated approaches to deliver water resilience. Fostering water resilience means supporting innovation and trialling new technologies and approaches. For example, agriculture currently uses >70% of global water resources, yet researchers still do not fully understand how crops sense and adapt to water stress. Such information would help deliver innovative solutions, such as engineering improved water use efficient crops, to substantially reduce agriculture s water filled footprint. Roots play a crucial role in plant adaptation to water stress, yet have remained the hidden half of plant biology due to researchers inability to non-invasively visualize roots in their natural soil environment (Atkinson et al, 2014). We have developed an interdisciplinary research approach to visualise roots directly in soil using X-ray based imaging techniques and software. >> Malcolm Bennett è Chair of Plant Science presso l Università di Nottingham. Nei suoi 25 anni di carriera accademica ha subito il fascino del mondo sommerso delle radici, la cosiddetta metà nascosta della biologia delle piante. Molti dei geni e dei segnali che regolano alcuni caratteri fondamentali delle radici, come l angolazione, la profondità e la ramificazione, sono stati identificati dal suo gruppo o in collaborazione con altri laboratori europei utilizzando la Arabidopsis thaliana come pianta modello. Questo lavoro all avanguardia si è svolto presso il Centre for Plant Integrative Biology (CPIB), un prestigioso centro per lo studio della biologia dei sistemi presso l Università di Nottingham di cui il professor Bennett è l attuale direttore. Presso il CPIB sono attualmente in corso di svolgimento alcuni progetti per applicare le scoperte di genetica molecolare sullo sviluppo delle radici, compiute dal team del professor Bennett e dai suoi collaboratori, alla creazione di nuove varietà di colture. Negli ultimi 5 anni ha studiato le tecniche di imaging in modo non invasivo per analizzare la crescita delle radici al suolo. Le recenti assegnazioni di una BBSRC Professorial Research Fellowship e del premio come ERC Advanced Investigator hanno portato alla creazione della Hounsfield Facility, una piattaforma di imaging delle radici a raggi X completamente automatizzata e all avanguardia coadiuvata da una squadra di più di 30 ricercatori specializzati in scienze vegetali e del suolo, ingegneria, matematica e informatica. Le attuali ricerche del professor Bennet si concentrano sulla scoperta di nuovi meccanismi molecolari alla base delle risposte adattive delle radici ai segnali ambientali come l acqua, che compromettono le azioni mirate a migliorare le prestazioni delle colture. Nei suoi 25 anni di lavoro ha pubblicato oltre 150 articoli scientifici soggetti a revisione paritaria e testi analitici in riviste come Science, Nature e PONAS, ed è uno dei 100 ricercatori del mondo animale e vegetale menzionati più di frequente. Il suo impegno nella reingegnerizzazione della struttura delle radici gli è valso nel 2013 il Royal Society Wolfson Research Merit Award, e nel 2014 l elezione a membro della European Molecular Biology Organization (EMBO). Radici: la metà nascosta di una pianta. Le risposte adattive agli stress idrici L acqua è essenziale per la vita, la salute umana, la produzione alimentare e le attività economiche. L aumento della popolazione mondiale e lo sviluppo industriale, oltre agli effetti del cambiamento climatico, hanno reso insostenibile la richiesta di risorse idriche e impongono lo sviluppo di nuovi approcci più integrati per garantire maggiore resilienza all acqua. >> 12 13

9 >> This innovative approach has enabled our interdisciplinary team to characterise new and existing root adaptive mechanisms to water availability such as hydropatterning and hydrotropism (Bao et al, 2014; Dietrich et al, in prep). In my presentation I will initially describe our latest insights into the underlying molecular and cellular basis of these important adaptive root-water responses. I will conclude by describing the ERC-funded Hounsfield CT Facility, a new roboticised root-imaging platform, designed to conduct fundamental and applied root and rhizosphere related research and help deliver crops with improved water stress resistance. Atkinson et al (2014) Branching Out in Roots: uncovering form, function and regulation. Plant Physiology, 166, Bao et al (2014) Plant roots use a patterning mechanism to position lateral root branches toward available water. PNAS 111, >> Promuovere la resilienza idrica significa sostenere l innovazione e mettere in gioco nuove tecnologie e strategie. L agricoltura utilizza attualmente meno del 70% delle risorse idriche mondiali, ma i ricercatori non riescono tuttora a comprendere in che molto le colture reagiscano e si adattino agli stress idrici. Queste conoscenze contribuirebbero allo sviluppo di soluzioni innovative per ridurre sostanzialmente l impatto idrico dell agricoltura, come ad esempio colture migliorate geneticamente che utilizzano l acqua in modo più efficiente. Le radici svolgono un ruolo essenziale nell adattamento delle piante agli stress idrici, eppure sono rimaste la metà nascosta della biologia vegetale a causa dell impossibilità per i ricercatori di visualizzarle e studiarle in modo non invasivo nel loro ambiente naturale al suolo (Atkinson e altri, 2014).Abbiamo sviluppato un approccio di ricerca interdisciplinare per visualizzare le radici direttamente al suolo tramite tecniche e software di imaging a raggi X. Questa innovazione ha consentito al nostro team interdisciplinare di identificare e descrivere i meccanismi di adattamento alla disponibilità dell acqua in radici nuove ed esistenti, tra cui l hydropatterning e l idrotropismo (Bao et al, 2014; Dietrich et al, in prep). Nella prima parte della mia presentazione descriverò le nostre ultime scoperte riguardanti le basi molecolari e cellulari di questi importanti meccanismi di adattamento all acqua nelle radici. Concluderò parlando della Hounsfield CT Facility, finanziata dallo European Research Council, una nuova piattaforma robotizzata di imaging delle radici progettata per svolgere ricerche fondamentali e applicate sulle radici e la rizosfera e contribuire a produrre colture con maggiore resistenza allo stress idrico. Atkinson et al (2014) Branching Out in Roots: uncovering form, function and regulation. Plant Physiology, 166, Bao et al (2014) Plant roots use a patterning mechanism to position lateral root branches toward available water. PNAS 111,

10 Lucio Conti Researcher, Department of Biosciences, Università degli Studi di Milano Lucio Conti is a group leader at the department of Biosciences of the University of Milan. His research is centred upon the study of plant adaptive responses to environmental stress. Previously he held a position of research associate at the University of Glasgow where he studied the role of protein posttranslational modifications in response to abiotic and biotic stress in plants. He has authored a range of scientific papers on topics including developmental biology, the control of flowering, and the regulation of environmental stress responses in plants. Lucio holds a degree in Biological Sciences from the University of Milan and a Ph.D. in molecular genetics from the John Innes Centre at the University of East Anglia. Understanding plant developmental reprogramming under drought stress: what can we learn from a weed? Plants rely on their flexible developmental programme to cope with a variety of environmental conditions. However, what mechanisms allow plants to adapt so effectively to their environment? Also, how do plants detect variations in their immediate surrounding? The model plant Arabidopsis thaliana has been instrumental to answering some of these questions. This rapid growing weed undergoes different developmental transitions, which culminate with the production of flowers and seeds. Drought affects the duration of these transitions, and negatively impacts on seed yield. Different examples of drought responses in Arabidopsis thaliana will be discussed, highlighting their interdependence with other environmental cues, namely light. In the face of ongoing climatic change trends a better understanding of plant responses to drought will be highly beneficial as drought dynamics are expected to become more frequent and unpredictable. Furthermore, knowledge obtained in this field in model plants like Arabidopsis thaliana may help advance our ability to re-engineer and exploit genetic diversity in crops and produce plant systems with greater resilience to emerging changes in water availability. Lucio Conti è group leader presso il Dipartimento di Bioscienze dell Università degli Studi di Milano. Le sue ricerche si concentrano sullo studio delle risposte adattive delle piante agli stress ambientali. In precedenza è stato ricercatore associato presso l Università di Glasgow dove ha studiato il ruolo delle modificazioni post-traduzionali delle proteine in risposta agli stress abiotici e biotici nelle piante. È autore di numerosi articoli scientifici su tematiche che vanno dalla biologia dello sviluppo al controllo della fioritura, alla regolazione delle risposte allo stress ambientale nelle piante. Ha ottenuto la laurea in Scienze biologiche presso l Università degli Studi di Milano e un dottorato in genetica molecolare presso il John Innes Centre della University of East Anglia La riprogrammazione dello sviluppo della pianta in condizioni di stress da siccità: che cosa possiamo imparare da un erbaccia? Le piante si affidano aa schemi di sviluppo flessibile per rispondere a una varietà di condizioni ambientali. Ma quali sono i meccanismi che consentono alle piante di adattarsi all ambiente che le circonda in modo così efficace? E in che modo riescono a captare le variazioni che avvengono nelle loro immediate vicinanze? La pianta modello Arabidopsis thaliana ha svolto un ruolo fondamentale nel rispondere ad alcune di queste domande. Questa erbaccia a rapida crescita attraversa varie fasi di transizione durante il suo sviluppo, che culmina con la produzione di fiori e semi. La siccità ha un impatto sulla durata di queste fasi e influenza negativamente la resa delle sementi. Verranno discussi vari esempi di risposta alla siccità nella Arabidopsis thaliana, sottolineando la loro interdipendenza con altri fattori ambientali come la luce. Una migliore conoscenza delle risposte delle piante alla siccità sarà molto utile per rispondere ai mutamenti climatici in corso, man mano che i periodi di siccità si faranno più frequenti e imprevedibili come sostengono alcuni scienziati. Inoltre, le conoscenze ottenute in questo settore grazie a piante modello come la Arabidopsis thaliana potrebbero contribuire a migliorare la nostra capacità di riprogrammare e sfruttare la diversità genetica nelle colture e produrre sistemi vegetali con maggiore resilienza alla disponibilità variabile di risorse idriche attualmente in corso

11 Sean Cutler Associate Professor, center for Plant Cell Biology, University of California Riverside Sean Cutler received his PhD at Stanford University. He started his own research group as an Assistant Professor at the University of Toronto in 2002 and moved to the University of California, Riverside in 2007, where he is currently an Associate Professor of Plant Cell Biology. Dr. Cutler s current research focuses on understanding how plants respond to drought stress and using this information to improve drought tolerance in crops. In particular, her studies the mechanism of action of a plant drought stress-signaling molecule called abscisic acid. He has received the American Society of Plant Biology s Charles Albert Shull Award (2011) and the Valent Biosciences Young Scientist Award (2010) and serves on the editorial boards of The Plant Journal and The Plant Cell. Tuning crop water consumption using genetics and chemistry With the earth s temperature slowly creeping upwards due to climate change, scientists expect that extreme weather is the new normal and predict long-term mega-droughts if carbon dioxide emissions do not decrease. This, coupled with decreasing agricultural land from urbanization, gives little doubt that new strategies are required to feed the 9 billion people expected by mid-century. Meeting this daunting challenge requires innovation. Dr. Cutler studies the cellular mechanisms that control plant water consumption, and uses the knowledge gleaned to invent new technologies for managing water use. His lab engages the water problem on multiple fronts, from discovering the genetic switches that control water consumption to creating synthetic chemicals that can flip those switches. Most recently, he and collaborators genetically reprogrammed plants so that an inexpensive agrochemical can control their water use. Dr. Cutler argues that we should explore all conceivable strategies for managing crop water consumption, and he spends his time dreaming up new ones. Sean Cutler ha conseguito il Ph.D presso la Stanford University. Ha avviato il proprio gruppo di ricerca come Assistente all Università di Toronto nel Nel 2007 si è trasferito all Università della California a Riverside, dove lavora come Professore Associato di Biologia vegetale. Attualmente le ricerche del professor Cutler si concentrano sulla comprensione dei meccanismi di risposta delle piante allo stress causato dalla siccità e sull utilizzo di queste conoscenze per migliorare la tolleranza alla siccità nelle colture. In particolare, il suo gruppo studia i meccanismi di azione di una molecola di segnalazione dello stress delle piante causato dalla siccità, nota come acido abscissico. Nel 2011 la American Society of Plant Biologists gli ha conferito il Charles Albert Shull Award, mentre nel 2010 ha ricevuto il Valent Biosciences Young Scientist Award. È membro delle commissioni editoriali delle riviste The Plant Journal e The Plant Cell. Regolare il consumo di acqua nelle coltivazioni attraverso la genetica e la chimica Con il lento ma inarrestabile aumento della temperatura terrestre dovuto ai cambiamenti climatici, gli scienziati ritengono che i fenomeni atmosferici estremi diventeranno la norma e prevedono il verificarsi di periodi di siccità intensi e prolungati nel caso in cui le emissioni di CO2 non diminuiscano. Se uniamo a tutto ciò la riduzione dei terreni agricoli provocata dall urbanizzazione, appare evidente la necessità di studiare nuove strategie per nutrire i 9 miliardi di persone che popoleranno il nostro pianeta a metà del secolo. Per far fronte a questa importante sfida il ricorso all innovazione sarà indispensabile. Il professor Cutler studia i meccanismi cellulari che regolano il consumo idrico nelle piante e utilizza queste conoscenze per progettare tecnologie per la gestione dell utilizzo dell acqua. Il suo laboratorio affronta il problema dell acqua da diverse prospettive, dalla scoperta dei meccanismi genetici che regolano il consumo idrico alla creazione di sostanze chimiche sintetiche in grado di attivare i suddetti meccanismi. Di recente, assieme ai suoi collaboratori ha riprogrammato geneticamente alcune piante per far sì che il loro consumo d acqua sia regolabile tramite un prodotto agrochimico a basso prezzo. Secondo il professor Cutler è essenziale studiare ogni possibile strategia per ottimizzare il consumo idrico nelle piante, ed è proprio all ideazione di queste strategie che dedica gran parte del suo tempo

12 roberto defez Researcher, Institute of Biosciences and Bioresources CNR, Napoli Roberto Defez, born in 1956 in Rome, married two child. Group leader at IBBR, CNR, Naples, Italy. Graduated in 1980, he worked as post-doc 3,5 years at the Institute Pasteur, Paris, France. Since more than 30 years he works on the Microbial phytohormones support Legumes and Cereals growth and stress tolerance. He published some 40 peer review articles, organized 5 Workshops, deposited 4 patents and 2 trademarks. Referee for many Journals and contractor or coordinator for EU grants. Active in the diffusion of scientific culture on GMOs even with interviews on newspapers, radio and national television. He performed 3 audits at the National Parliament on GMOs. Two web sites and He collaborates with the Italian Encilopedia Treccani and UTET for voices describing GMOs. Best Italian style derives from GMOs Italy has two opposite politics on GMOs. Commercial cultivation of the unique engineered plant (MON 810) authorized for cultivation in Europe is denied, as long as field trials using any modified plants produced by Universities or Research Centres for fundamental research investigations. Thus not a single GM plant could by grown in Italy and this is described by politicians, media or agri-food companies as a GMO-free territory. At the same time Italy use some 10 thousand tonns of GM soybean every single day, 365 days a year. Italy imports some 4 million tons of GM soybean each year to feed cows, pigs, poultry and any livestock. In addition Italy imports 40% of the maize it uses and part of it is GM. Finally 70% of the word cotton is GM and Italy use even GM cotton as feed, for Italian Fashion and for medical purposes. The best well-known symbols of Italian Food uses GM derived plants to feed their livestock since some 20 years. After so many years GM products can now be considered a typical or traditional Italian product that cannot grow locally and need to be cultivated abroad. Nato a Roma nel 1956; sposato con due figli. Group leader presso l Istituto di Bioscienze e Biorisorse (IBBR), CRN, Napoli. Laureatosi nel 1980, ha trascorso tre anni e mezzo durante gli studi di postdottorato all Istituto Pasteur di Parigi. Da oltre 30 anni si dedica allo studio dei fitormoni microbici, crescita di legumi e cereali e tolleranza allo stress. Ha pubblicato oltre 40 articoli di carattere scientifico, organizzato 5 workshop, depositato 4 brevetti e due marchi registrati. Collabora come referee per numerose riviste scientifiche e come consulente esterno o coordinatore di fondi comunitari. Attivo nella diffusione della cultura scientifica sugli OGM attraverso interviste su quotidiani, radio e televisione nazionale. Ha condotto tre audit sugli OGM presso il parlamento nazionale. I sudi due siti di riferimento sono: e inoltre con l Enciclopedia Italiana Treccani e UTET alle voci riguardanti gli OGM. Il meglio dello stile italiano usa OGM L Italia applica due politiche opposte per quanto riguarda gli OGM. Da una parte, il nostro paese vieta la coltivazione a fini commerciali dell unica pianta geneticamente modificata autorizzata in Europa (il mais MON810), così come gli studi in pieno campo svolti da Università e centri di ricerca per indagini di studio e di conoscenza. Pertanto, in Italia non è consentito coltivare alcun tipo di OGM e per questo il nostro paese è spesso descritto dai politici, dai media e dalle aziende agroalimentari come un territorio libero da OGM. Al contempo, l Italia utilizza circa tonnellate di soia OGM ogni giorno, 365 giorni l anno: il Bel paese importa infatti quasi 4 milioni di tonnellate di soia OGM come nutrimento per vacche, maiali, pollame e altri allevamenti. Inoltre, l Italia acquista dall estero il 40% del mais che consuma, parte del quale è geneticamente modificato. Infine, il 70% del cotone mondiale viene prodotto con tecniche GM e l Italia utilizza cotone GM come foraggio o nei settori della Moda e della medicina. Quindi, i simboli più rappresentativi della cucina italiana utilizzano colture GM per alimentare il proprio bestiame da circa vent anni. Dopo tutto questo tempo, gli OGM possono ormai essere considerati un ingrediente tipico della tradizione italiana e, non essendo coltivati a livello locale, devono essere necessariamente importati all estero

13 Sigrid Heuer Associate Professor, Australian Centre for Plant Functional Genomics ACPFG Sigrid Heuer has received her PhD degree in Plant Molecular Biology at Hamburg University, Germany, in 1999, where she cloned the first MADS box transcription factors genes from maize reproductive cells. After that, she was awarded a DAAD postdoctoral fellowship to work on crossing barriers between African and Asian rice at the AfricaRice Centre in Senegal until From there, she moved to the International Rice Research Institute (IRRI) in the Philippines to work on the development of submergence-tolerant rice based on the OsSUB1A gene and has identified the P-starvation tolerance gene OsPSTOL1. Other projects focussed on root traits and heat tolerance mechanism in rice. In 2013, she was appointed as leader of the wheat nitrogen-efficiency program at the Australian Centre for Plant Functional Genomics (ACPFG) and Associate Professor of the University of Adelaide. From May 2014 to January 2015 she was acting co-ceo of ACPFG. Molecular breeding for better and resilient crops: successes and challenges Crop production is constraint by numerous abiotic stresses, such as drought, heat, salinity, and unfavourable soil properties, causing significant reduction in yield. Developing crops with abiotic stress tolerance can therefore contribute significantly to closing the yield gap thereby increasing crop productivity and food security. Mapping of chromosomal regions associated with a trait of interest has proven a valid approach providing access to an increasing number of high-value genes which can be used for marker-assisted breeding of tolerant varieties. Using molecular breeding, rice with tolerance to e.g., drought, submergence, salinity and phosphorusstarvation has been developed. Likewise, in wheat, barley and other crops, genes for tolerance to salinity, boron and aluminium toxicity have already been identified, as well as promising varieties with tolerance to heat and drought. These examples demonstrate the potential of molecular technologies for the development of crops that are more resilient and productive under unfavourable growth conditions. Efforts to develop plants that more efficiently take up applied fertilizers and make better use of it are also underway to reduce production costs and environmental pollution. The availability of an increasing number of plant reference genomes and detailed knowledge of genes and their function is now helping to speed up the identification of high-value genes and their application in breeding. Sigrid Heuer ha conseguito il dottorato in Biologia molecolare delle piante presso l Università di Amburgo in Germania nel 1999, dove ha clonato i primi fattori di trascrizione MADS-box da cellule riproduttive di mais. Successivamente ha ricevuto una fellowship di post-dottorato dal DAAD (l ente tedesco per gli scambi accademici) per studiare le barriere che impediscono l incrocio tra il riso africano e quello asiatico presso l AfricaRice Centre in Senegal, fino al Ha quindi proseguito la sua esperienza presso l International Rice Research Institute (IRRI) nelle Filippine per lavorare allo sviluppo di specie di riso tolleranti alla sommersione sulla base del gene OsSUB1A e ha identificato il gene di tolleranza alla P- starvation OsPSTOL1. Si è inoltre dedicata allo studio delle caratteristiche degli apparati radicali e dei meccanismi di tolleranza al calore del riso. Nel 2014 è stata nominata responsabile del programma sull efficienza di utilizzo dell azoto nel frumento presso l Australian Centre for Plant Functional Genomics (ACPFG) e Professore Associato della University of Adelaide. Da maggio 2014 a gennaio 2015 ha rivestito il ruolo di co-ceo dell ACPFG. breeding per colture resilienti al cambiamento climatico: successi e sfide La produzione vegetale è sottoposta a numerosi stress abiotici tra cui siccità, alte temperature, stress salino e condizioni del suolo sfavorevoli, che riducono in modo significativo le rese. Lo sviluppo di colture resistenti agli stress abiotici può dunque contribuire in modo significativo a ridurre questo gap nelle rese, aumentando la produttività delle coltivazioni e la sicurezza alimentare. La mappatura delle regioni cromosomiche associate a un carattere di interesse si è rivelata un valido approccio, dando accesso a un numero crescente di geni utilizzabili per la selezione assistita dei marcatori di varietà resistenti. Grazie al breeding molecolare è stato possibile sviluppare un tipo di riso resistente a siccità, sommersione, stress salino e basso contenuto di fosforo. In modo analogo sono stati identificati i geni per la resistenza allo stress salino, alla tossicità da boro e alluminio in orzo, frumento e altre colture, ma anche alcune varietà potenzialmente interessanti per la loro tolleranza alle alte temperature e alla siccità. Questi esempi testimoniano il potenziale delle tecnologie molecolari nello sviluppo di colture resilienti e produttive anche in condizioni di crescita svantaggiose. Sono inoltre in corso ricerche per sviluppare piante in grado di assorbire più efficacemente i fertilizzanti per ridurre le spese di produzione e l inquinamento ambientale. La disponibilità di un numero crescente di genomi di riferimento delle piante e la conoscenza dettagliata dei geni e della loro funzione stanno contribuendo all identificazione di geni dall elevato potenziale e alla loro applicazione nella selezione vegetale

14 Cathie Martin Professor, Department of Metabolic Biology, John Innes Centre, Norwich Cathie Martin is a group leader at the John Innes Centre and Professor at the University of East Anglia. Her interests span from fundamental to applied plant science. She researches into the relationship between diet and health and how crops can be fortified to improve diets and address the global challenge of escalating chronic disease. This work has involved linking leading clinical and epidemiological researchers with plant breeders and metabolic engineers to develop scientific understanding of how diet can help to maintain health, promote healthy ageing and reduce the risk of chronic disease. Cathie is also involved in genetic screens to identify crops which lack toxins that cause nutritional diseases. Cathie recently completed seven years as Editor-in-Chief of The Plant Cell, through which she piloted new features in scientific publishing, including Teaching Tools in Plant Biology. She is a member of EMBO, AAAs, and she was recently awarded an MBE for services to Plant Biotechnology. Addressing Food Security Through Nutritional Enhancement of Food Understanding the complex relationship between diet and health has become key to developing preventive strategies to reduce the rising incidence of chronic disease, globally. Understanding the relationship between diet and health requires multidisciplinary approaches that integrate the expertise of plant biotechnologists, geneticists, organic chemists and food technologists with researchers in the fields of experimental medicine and clinical epidemiology. Plants have long been viewed as potential green factories for nutritional biofortification of crops. I will describe some approaches to engineering metabolic pathways to enhance the production of phytonutrients in crops. Consumption of these new foods demonstrated that the biofortification achieved was sufficient to confer nutritional benefits against chronic diseases. Nutritionally-improved foods can be taken directly from preclinical trials with animal models, through human intervention studies to the market, to improve the well-being and quality of life in both developed and developing countries. Cathie Martin è group leader presso il John Innes Centre e Professore alla University of East Anglia. I suoi interessi di ricerca comprendono sia le scienze vegetali di base che quelle applicate. Si occupa di studiare la relazione tra dieta e salute e il modo in cui le coltivazioni possono essere fortificate per migliorare l alimentazione e far fronte alla sfida mondiale dell incremento delle malattie croniche. Questo progetto ha previsto il coinvolgimento di noti ricercatori clinici ed epidemiologici assieme a coltivatori ed esperti di ingegneria metabolica, al fine di sviluppare una comprensione scientifica di come l alimentazione possa contribuire al mantenimento della salute, promuovere l invecchiamento in salute e ridurre il rischio di malattie croniche. Collabora inoltre a screening genetici mirati a identificare le coltivazioni prive di tossine responsabili delle malattie nutrizionali. Recentemente ha concluso la sua esperienza settennale come Editor-in-Chief di The Plant Cell, durante la quale ha ideato nuovi percorsi nell ambito delle pubblicazioni scientifiche, tra cui la piattaforma Teaching Tools in Plant Biology È membro dell European Molecular Biology Organization (EMBO) e dell American Association for the Advancement of Science (AAAS), ed è stata di recente eletta Member of the Order of the British Empire per il contributo a favore della biotecnologia delle piante. affrontare la sicurezza alimentare attraverso il miglioramento nutrizionale del cibo Comprendere a fondo il legame complesso tra alimentazione e salute è oggi essenziale per sviluppare strategie preventive al fine di ridurre l incidenza di malattie croniche nel mondo. Ma per capire la relazione tra cibo e salute sono necessari approcci multidisciplinari che integrino le conoscenze di esperti di biotecnologie vegetali, genetica, chimica organica e tecnologie alimentari alle capacità dei ricercatori nei settori della medicina sperimentale e l epidemiologia clinica. Da tempo le piante vengono considerate come un potenziale strumento per la biofortificazione delle coltivazioni. Verranno descritti alcuni approcci alla creazione di pathway metabolici per migliorare la produzione di fitonutrienti nelle coltivazioni. Il consumo di questi nuovi alimenti ha dimostrato che il livello di biofortificazione raggiunta era tale da apportare benefici nutrizionali in grado di contrastare le malattie croniche. Gli alimenti nutrizionalmente migliorati possono derivare direttamente da studi preclinici con modelli animali, attraverso studi di intervento, per migliorare il benessere e la qualità della vita sia nei paesi industrializzati che in quelli in via di sviluppo

15 Michele Morgante Professor, Department of Agricultural and Environmental Sciences, Università di Udine Michele Morgante is currently the Scientific Director of Istituto di Genomica Applicata in Udine and is professor of Genetics at the University of Udine. His research group has been instrumental in establishing a number of genetic technology platforms that are now being widely deployed in plant genomic research. His research programme is currently focusing on genome analysis in plants, including genome sequencing and resequencing and genome evolution studies, sequence diversity analysis and epigenomics. He has contributed to the sequencing of the grapevine, peach and citrus genome and is currently sequencing the olive tree. He is a member of Accademia Nazionale dei Lincei (National Academy of Sciences) and has received the 2005 Medal for Physical and Natural Sciences of the Accademia Nazionale delle Scienze detta dei XL. He is section editor of BMC Genetics and associate editor of BMC Plant Biology. In 2011 he has been awarded by the European Research Council an Advanced Grant for the analysis of plant pan genomes. Next generation breeding in the next generation sequencing era The genomics revolution of the last 15 years has improved our understanding of the genetic make up of living organisms. The use of genomic tools has allowed us to start to unravel the genetic make up of traits that are relevant to plant breeding. At the same time a deeper understanding of what natural variation is at the sequence level has also been achieved, allowing us to realize that plant genomes are characterised by high levels of structural variation, consisting of both smaller insertion/deletions, mostly due to recent insertions of transposable elements, and of larger insertion/deletion similar to those termed in humans Copy Number Variants (CNVs). These observations indicate that a single genome sequence might not reflect the entire genomic complement of a species, and prompted us to introduce the concept of the plant pan-genome, including core genomic features common to all individuals and a Dispensable Genome (DG) composed of partially shared and/or non shared DNA sequence elements. Uncovering the intriguing nature of the DG, i.e. its composition, origin and function, represents a step forward towards an understanding of the processes generating genetic diversity and phenotypic variation. Additionally, since the DG clearly appears to be for the most part the youngest and most dynamic component of the pan genome, it is of great interest to understand whether it is a major contributor to the creation of new genetic variation in plant evolution as well as in the artificial selection processes of plant breeding. A new phase in crop evolution of targeted modifications is on the horizon thanks to the progresses in genomics: we will describe the perspectives in this area using examples from different crop species. Michele Morgante è l attuale direttore scientifico dell Istituto di Genomica Applicata di Udine e professore ordinario di genetica all Università di Udine. Il suo gruppo di ricerca ha contribuito in modo fondamentale alla creazione di una serie di piattaforme tecnologiche genetiche oggi ampiamente utilizzate nella ricerca genomica vegetale. Il suo programma di ricerca si concentra sull analisi del genoma nelle piante, compreso il sequenziamento e il risequenziamento del genoma, l evoluzione del genoma, l analisi della diversità di sequenza e l epigenomica. Ha contribuito a sequenziare i genomi di vite, pesco, agrumi e attualmente si sta occupando del sequenziamento dell ulivo. È socio dell Accademia Nazionale dei Lincei e ha ricevuto la medaglia 2005 per le Scienze Fisiche e Naturali dell Accademia delle Scienze detta dei XL. È section editor di BMC Genetics ed editore associato di BMC Plant Biology. Nel 2012 ha ricevuto un Advanced Grant dello European Research Council per l analisi dei genomi vegetali. Il miglioramento genetico nell era del sequenziamento di nuova generazione La rivoluzione del genoma a cui abbiamo assistito negli ultimi 15 anni ha migliorato la nostra conoscenza della composizione genetica degli organismi viventi. Inoltre, l uso di strumenti di analisi del genoma ci ha consentito di iniziare a svelare la composizione dei caratteri rilevanti per il miglioramento delle piante. Al contempo è stata approfondita l analisi della variazione di sequenza nelle piante, consentendoci di capire che i loro genomi sono caratterizzati da livelli molto elevati di variazione strutturale, che consiste sia di inserzioni/delezioni più piccole dovute per lo più a inserzioni recenti di elementi trasponibili, sia di inserzioni/delezioni più grandi simili a quelle chiamate nell uomo Copy Number Variants (CNVs) Queste osservazioni indicano che una sola sequenza genomica potrebbe non essere sufficiente a descrivere l intero complemento genomico di una specie e ci ha indotti ad introdurre il concetto del pan genoma vegetale che comprende porzioni di genoma comuni a tutti gli individui e un genoma dispensabile (DG) composta da elementi di sequenza di DNA parzialmente condivisi e/o non condivisi. Andare alla scoperta dell affascinante natura del genoma dispensabile, cioè determinarne la composizione, origine e funzione rappresenta un passo avanti verso la comprensione dei processi che generano la diversità genetica e fenotipica Inoltre, poiché il genoma dispensabile sembra essere chiaramente la parte più giovane e più dinamica del pan genoma, vi è grande interesse per capire se esso contribuisce in misura notevole alla creazione di nuova variazione genetica nell evoluzione delle piante e più specificatamente nel processo del miglioramento genetico. Si profila quindi all orizzonte una nuova fase nell evoluzione colturale delle modificazioni mirate grazie ai progressi della genomica: verranno descritte le prospettive in questo settore prendendo ad esempio diverse specie coltivate

16 Prabhu Pingali Professor & Director, Tata-Cornell Agriculture & Nutrition Initiative, Cornell University Prabhu Pingali is a Professor in the Charles H. Dyson School of Applied Economics and Management at Cornell University, with a joint appointment in the Division of Nutritional Sciences, and the Founding Director of the Tata-Cornell Agriculture and Nutrition Initiative (TCi). Prior to joining Cornell in June 2013, he was the Deputy Director, Agricultural Development Division of the Bill & Melinda Gates Foundation, based in Seattle, Washington, from 2008 May Pingali was elected to the U.S. National Academy of Sciences as a Foreign Fellow in May 2007, a Fellow of the American Agricultural Economics Association (AAEA) in 2006, and a Fellow of the International Association of Agricultural Economists (IAAE) in He served as the President of IAAE from , and was named the 2010 Outstanding Alumnus of North Carolina State University. He has received several international awards for his work, including the Research Discovery Award from the AAEA. Pingali has over three decades of experience working with some of the leading international agricultural development organizations as a research economist, development practitioner and senior manager. He was the Director of the Agricultural and Development Economics Division of the Food and Agriculture Organization (FAO) of the United Nations from , and the Director of the Economics Program at CIMMYT, Mexico, from Prior to joining CIMMYT, he worked at the International Rice Research Institute at Los Banos, Philippines, from 1987 to 1996 as an Agricultural Economist, and at the World Bank s Agriculture and Rural Development Department from as an economist. Professor Pingali has written 10 books and over 100 referred journal articles and book chapters on food policy. 28 Feeding a world of 9 billion people opportunities and challenges Rising and volatile food prices have brought increased attention to the state of the global food system and the plight of the poor, particularly those in the least developed countries. The specter of Malthus has risen once again as analysts worry about our ability to sustainably meet future food need. Population growth, rising incomes, diversion of food towards fuel production, depletion of irrigation water resources, and the negative consequences of climate change are said to cause a perfect storm with severe consequences for the availability and access to food at the global level and specifically for South Asia and sub-saharan Africa. This talk explores the technological, institutional and policy interventions necessary for meeting the demand for food, feed and fuel looking towards Particular attention is paid to the prospects for productivity growth through a Green Revolution 2.0 in the lagging regions of South Asia. The talk will also examine the opportunities for redressing some of the shortcomings of the first Green Revolution, particularly with respect to nutrition and environmental sustainability. An agenda for governments and the donor community will be proposed. Prabhu Pingali è Professore presso la Charles H. Dyson School of Applied Economics and Management alla Cornell University, con un incarico parallelo presso la Divisione di scienze nutrizionali. Inoltre, è fondatore e direttore della Tata-Cornell Agriculture and Nutrition Initiative (TCi). Prima di entrare alla Cornell University nel giugno del 2013, è stato vice direttore del Dipartimento per lo sviluppo agricolo della Bill & Melinda Gates Foundation con sede a Seattle, Washington, dal 2008 al maggio del Il professor Pingali è stato eletto foreign fellow della U.S. National Academy of Sciences nel maggio 2007, fellow della American Agricultural Economics Association (AAEA) nel 2006, e fellow dell International Association of Agricultural Economists (IAAE) nel È stato presidente della IAAE nel periodo e ha ricevuto il titolo di 2010 Outstanding Alumnus della North Carolina State University. Ha ricevuto numerosi riconoscimenti internazionali per il suo lavoro, tra cui il Research Discovery Award da parte della AAEA. Il professor Pingali ha oltre trent anni di esperienza presso alcune delle principali organizzazioni internazionali per lo sviluppo agricolo, lavorando come economista ricercatore, development practitioner e senior manager. Ha diretto l Agricultural and Development Economics Division della FAO, l organizzazione delle Nazioni Unite per l alimentazione e l agricoltura, nel periodo , e l Economics Program presso l International Maize and Wheat Improvement Center (CIMMYT) in Messico dal 1996 al In precedenza, ha lavorato come economista agricolo all International Rice Research Institute di Los Banos nelle Filippine, dal 1987 al 1996, e come economista presso il Dipartimento di agricoltura e sviluppo rurale della Banca Mondiale dal 1982 al è autore di dieci libri, oltre 100 articoli scientifici soggetti a revisione paritaria e vari capitoli di libri sulle politiche alimentari. Nutrire 9 miliardi di persone - opportunità e sfide L aumento e la volatilità dei prezzi degli alimenti hanno risvegliato l interesse verso le condizioni attuali del sistema alimentare globale e al dramma dei più poveri, specialmente degli abitanti dei paesi meno sviluppati. Lo spettro di Malthus sembra essersi risvegliato mentre gli analisti temono che non saremo in grado di soddisfare le future esigenze alimentari in modo sostenibile. La crescita della popolazione, l aumento del reddito, l utilizzo di risorse alimentari per la produzione di carburante, l esaurimento delle risorse idriche per l irrigazione e le conseguenze negative dei cambiamenti climatici provocano una vera e propria tempesta perfetta con effetti gravi sulla disponibilità e l accesso al cibo a livello globale, specialmente nell Asia meridionale e nell Africa Sub-sahariana. Questa presentazione analizza gli interventi tecnologici, istituzionali e politici necessari per soddisfare la domanda di cibo, foraggio e carburante guardando verso il Verrà posta l attenzione sulle strategie per l aumento della produttività grazie a una Green Revolution 2.0 nelle regioni più in difficoltà nell Asia del Sud. Saranno inoltre discusse le opportunità per affrontare i limiti della prima Green Revolution, specialmente in tema di nutrizione e sostenibilità ambientale. Verrà infine proposta una road map per i governi e la comunità dei donatori. 29

17 Channapatna Prakash College of Agriculture, Environment and Nutrition Sciences Tuskegee University Dr. C. S. Prakash is a professor of crop genetics, biotechnology and genomics at Tuskegee University (USA) where he has been on faculty since He oversees the genetic improvement research on food crops of importance to developing countries and has trained dozens of scientists and students. He has also been actively involved in enhancing the societal awareness of food biotechnology issues around the world. Dr. Prakash also serves as Editor-in-chief of the journal GM Crops &Food.Dr. Prakash has served on numerous important committees and instrumental in catalyzing the scientific community in many countries to undertake research and development to produce genetically engineered crops. He is a popular speaker and his views and writing were covered in numerous newspapers and magazines. He runs the popular website and his declaration in support of agricultural biotechnology was signed by nearly 4000 scientists including 25 Nobel laureates. He is widely recognized as the leading proponent of GE crops who provides technical, societal and ethical perspectives on the issue. He has won numerous prestigious awards including the Morrison-Evans Outstanding Scientist Award by the Association of 1890 Research Directors given to a scientist who has made outstanding lifetime contribution to agricultural research among the 1890 land grant universities in the US. He served as panel manager for the USDA s biotechnology risk assessment grant program, chaired the minority affairs committee of the American Society for Plant Biology, served on the review panel to evaluate USAID s Initiative to End Hunger in Africa Program, panelist on Leveraging University Research for Industrial Competitiveness and Growth report from Penn State and National Science Foundation and continues to serve on grant review panels of several federal agencies. Developing climate-smart crops with a smaller foot print towards greater Food security - Ensuring their societal acceptance Water is the most essential component vital to our farming and food. Around 80% of the global fresh water usage is by the agriculture and food industries. Our consumption of food, feed, fiber and biofuel thus has a very large water footprint on the ecosystem. Global food production is most vulnerable to the vagaries of climate change such as drought, water logging and salinity (sea water encroachment of the agricultural land) but also other factors such as disease, pests and toxic elements (arsenic, aluminum). Scientific innovation, especially rapid advances in genomic technology (and also others such as Smartphone sensors, precision irrigation, drones, Big Data, Satellite technology, and even robots on the farm!) offer enticing opportunities to advance agricultural production in the face of uncertain climate future, while ensuring greater food security and stability. Crop breeding now is routinely complemented by genomic markers, enabling development of drought-tolerant and submergence-tolerant varieties. Development of water-efficient corn through transgenic technology is already making an impact in the US. >> C. S. Prakash è Professore di Genetica delle coltivazioni, biotecnologie e genomica alla Tuskegee University (USA) e fa parte dello team accademico dell università dal Si occupa di monitorare la ricerca sul miglioramento genetico di colture alimentari d interesse primario per i paesi in via di sviluppo e ha partecipato alla formazione di decine di scienziati e studenti. Ha svolto un ruolo essenziale nel migliorare la consapevolezza sociale sulle tematiche di biotecnologia alimentare in tutto il mondo. Il professor Prakash è inoltre Editor-in-chief della rivista GM Crops &Food. Ha fatto parte di numerosi comitati e ha contribuito a coinvolgere le comunità scientifiche di vari paesi in progetti di ricerca e sviluppo per la produzione di colture geneticamente ingegnerizzate. Partecipa regolarmente a eventi scientifici in qualità di speaker mentre le sue idee e i suoi testi hanno ricevuto numerose menzioni in diversi quotidiani e riviste. Gestisce il famoso sito web e la sua dichiarazione a sostegno delle biotecnologie agricole è stata firmata da quasi 4000 scienziati tra cui 25 premi Nobel. È noto in tutto il mondo come uno dei principali promotori delle colture geneticamente ingegnerizzate, proponendo contributi tecnici, sociali ed etici su questa tematica. È stato insignito di numerosi riconoscimenti di prestigio tra cui il Morrison-Evans Outstanding Scientist Award da parte della Association of 1890 Research Directors, attribuito a uno scienziato che abbia contribuito in modo straordinario alla ricerca agricola facente parte delle 1890 università land-grant (finanziate dallo stato) negli USA. È stato panel manager per il programma di finanziamenti sulla valutazione del rischio biotecnologico dello US Department of Agriculture, presidente del comitato per le minoranze dell American Society for Plant Biology, ha fatto parte del comitato di revisori del programma Initiative to End Hunger in Africa dell USAID, ex membro del panel di revisione sul rapporto Leveraging University Research for Industrial Competitiveness and Growth della Penn State e National Science Foundation, e fa parte delle commissioni di revisione per l assegnazione di finanziamenti di diverse agenzie federali. Lo sviluppo di colture climaticamente intelligenti a basso impatto ecologico per coniugare una maggiore sicurezza alimentare e accettazione sociale L acqua è l elemento più importante per la nostra agricoltura e l alimentazione. Circa l 80% delle risorse globali di acqua dolce viene utilizzato dal settore agricolo e alimentare. Il consumo di cibo, foraggio, fibre e biocarburanti ha quindi un notevole impatto idrico sull ecosistema. La produzione alimentare globale è fortemente esposta ai capricci del clima, come la siccità, la sommersione del suolo e lo stress salino (che si verifica quando le acque di mare sconfinano in terreni agricoli), ma anche ad altri fattori tra cui le malattie, le infestazioni e le sostanze tossiche come arsenico e alluminio. >> 30 31

18 >> Encouraging results have been observed in studies with other crops including rice. Developing climate smart crops with unprecedented precision using novel genomic technologies is showing tremendous promise and hope. These gene editing and genome engineering approaches do not involve the transfer of foreign genes but entails small alteration involving just few nucleotides of native gene sequence using techniques such as CRISPR/Cas9, TALENs and Zinc finger nuclease. Many experts believe that such genetically-redesigned crops might appeal to the GMO-skeptical public especially in Europe, Asia or Africa. Further, these natural crop varieties may require a smaller regulatory oversight (unlike current genetically modified crops) and thus are more cost-effective and can be commercialized faster. While technology is developing at dizzying speeds, it is vital that scientific community engage the society and stakeholders in explaining the benefits of new tools, to ensure understanding and eventual acceptance of such innovations. >> Le innovazioni scientifiche, e in particolare i rapidi progressi della tecnologia nella genomica o in altri settori (come i sensori Smartphone, l irrigazione mirata, i droni, i Big Data, le tecnologie satellitari e perfino i robot agricoli), offrono interessanti possibilità per ottimizzare la produzione agricola in un futuro caratterizzato da un clima instabile, garantendo al contempo maggiore sicurezza alimentare e stabilità. La selezione delle colture è oggi regolarmente integrata dall utilizzo di marcatori genomici che consentono la creazione di varietà resistenti alla siccità e alla sommersione. Lo sviluppo di mais transgenico resistente alla siccità sta già avendo un notevole impatto negli USA, mentre studi dedicati ad altre colture come il riso hanno ottenuto risultati incoraggianti. Lo sviluppo mirato di colture climaticamente intelligenti grazie alle tecnologie genomiche offre prospettive promettenti e nuove speranze. Questi approcci di editing genetico e ingegneria genomica non prevedono il trasferimento di geni dall esterno, bensì alterazioni minime di un numero ridotto di nucleotidi tramite tecniche come la nucleasi CRISPS/Cas9, la TALENs e la nucleasi a dito di zinco. Molti esperti sono convinti che queste colture geneticamente riprogrammate possano suscitare interesse in Europa, Asia o Africa, regioni più scettiche nei confronti degli OGM. Inoltre, queste varianti naturali potrebbero richiedere minori controlli (a differenza degli OGM attuali) ed essere commercializzate più rapidamente e a costo ridotto. Mentre le tecnologie si sviluppano a una velocità inaudita, è essenziale che la comunità scientifica aiuti la società e gli stakeholder a comprendere i vantaggi dei nuovi strumenti a disposizione, per garantire che queste innovazioni vengano comprese e infine accettate

19 Ari Sadanandom Professor, School of Biological and Biomedical Sciences, Durham University Ari Sadanandom is the Director of the Durham Centre for Crop Improvement Technology, an industry facing technology hub at the University of Durham, UK. His research interests are in crop protection and boosting productivity under stressful climatic conditions. In my relatively short career as a plant biologist I ve had the privilege of discovering novel genes and mechanisms in plant stress biology that has demonstrable effect on crop productivity. This discovery process has allowed me to develop an instinct for identifying and revealing new facets in fundamental plant biology. Publications from others and my laboratory have begun to establish that protein modification system in cells act as central modifiers of growth control mechanisms in plants. The Sadanandom laboratory is attempting to better understand this system to develop climate smart rice and wheat crops with better productivity. Boosting crop yield under stress: releasing the brakes on growth To feed 9 billion people by 2050 is an unprecedented challenge. Rice is the food source for the majority of the world s population but also a model for cereals. Drought and related high salinity during essential periods of plant growth affects nearly all crops including the major cereals such as rice causing drastic yield losses. A major goal of plant biology is to develop crop cultivars that are drought and salt resistant, defined as those that have higher yields than standard cultivars under these environmental stresses. However plant responses to drought and salinity are overlapping and complex involving many physiological pathways controlled by cascades of molecular networks. This makes engineering drought and salt resistance in crops possible but very challenging unless we identify molecular mechanisms ( Master co-ordinators) that can influence multiple physiological networks to produce an integrated stress response. Crop improvement programmes that target these Master co-ordinators will have the greatest potential for yield increase. Ari Sadanandom è il Direttore del Durham Centre for Crop Improvement Tecnology, un polo tecnologico rivolto all industria presso l Università di Durham, nel Regno Unito. I suoi interessi di ricerca comprendono la protezione delle colture e il sostegno alla produttività in condizioni climatiche critiche. Nel corso della sua esperienza professionale relativamente breve, ha scoperto nuovi geni e meccanismi relativi alla biologia vegetale in condizioni di stress con effetti significativi sulla produttività vegetale. Queste scoperte hanno consentito al professor Sadanandom di sviluppare un vero e proprio istinto per il riconoscimento e l identificazione di nuovi risvolti nella biologia vegetale. Studi pubblicati dal suo laboratorio e da altri team di ricerca hanno contribuito a stabilire legami tra il sistema di modifica delle proteine nelle cellule e i meccanismi di controllo della crescita nelle piante. Il laboratorio di Sadanandom sta approfondendo la conoscenza di questo sistema per sviluppare varietà di riso resistenti al clima e colture di frumento con una maggiore resa. Aumentare la resa delle coltivazioni sottoposte a stress: togliere il freno alla crescita Nutrire 9 miliardi di persone entro il 2050 è una sfida senza precedenti. Il riso è la fonte di nutrimento per gran parte della popolazione mondiale, ma anche un modello per altri cereali. Quasi tutte le colture, compresi i cereali principali come il riso, soffrono di siccità e di salinità elevata ad essa conseguente durante le fasi principali di sviluppo delle piante, causando gravi cali a livello di resa. Uno degli obiettivi principali della biologia vegetale è lo sviluppo di cultivar resistenti alle siccità e alla salinità in grado di fornire migliori rese rispetto ai cultivar tradizionali se sottoposti a questo tipo di stress ambientali. Tuttavia, la risposta delle piante allo stress idrico e salino è spesso poco chiara e complessa e coinvolge vari pathway fisiologici controllati da cascate di reti molecolari. Questo fa sì che l introduzione della resistenza allo stress idrico e salino nelle colture sia possibile ma con grandi difficoltà, a meno che non si identifichino meccanismi molecolari (coordinatori master ) in grado di influire su diverse reti fisiologiche per produrre una risposta integrata allo stress. I programmi di miglioramento delle colture che studiano questi coordinatori offriranno il migliore potenziale per l aumento delle rese

20 François Tardieu Research Director Ecophysiology Laboratory of Plants under Environemental Stress, INRA Montpellier Trained in Agronomy-Soil science, Group leader in INRA LEPSE, Coordinator of the EU project FP7 DROPS ( , 9M ) and ANR-IA French Plant Phenomic Network (Phenome , 24M ), Chair of the Interdrought society ( ). 125 papers in international journals (as recorded by Web of Science), H-index: My main work deals with the modelling of plant responses to environmental conditions, especially water deficit: stomatal control, leaf growth, root growth in relation with hydraulic and chemical signalling. Since 2000, I have developed an approach aiming at modelling the genetic variability of plant responses to environmental cues linked to climate changes, by combining ecophysiological modelling, high throughput phenotyping and genetic analyses. Genetic variability of plant responses to environmental conditions: from phenotyping to modelling Climate changes require the development of novel genotypes better adapted to drought and high temperatures. Natural genetic resources need to be fully explored for that, with the phenotypic analysis of hundreds of genotypes in well-characterized environmental conditions. Phenotyping platforms in semi-controlled conditions cannot reproduce environmental conditions occurring in the field. A network of field experiments is faced to the risks of confusions of effects and to the multiplicity of climatic scenarios. A crop model with genetic inputs can combine both sources of information by simulating yield for a large range of genotypes, sites and years, thereby indicating where and when a given combination of alleles confers a positive effect. Our strategy is (i) to evaluate model parameters in phenotyping platforms, in genetically structured panels of genotypes, (ii) to carry out a genetic analysis of these parameters, (iii) to insert the resulting parameters (either directly or via a model combining allelic values at QTLs) in a crop model that simulates the behavior of hundreds of allelic combinations in a large number of climatic scenarios. This strategy involves novel phenotyping techniques aiming at evaluating parameters such as the sensitivity of expansive growth or of radiation use efficiency to environmental conditions. Examples will be presented for the validity of extrapolations from the platform to fields for specific traits, and from platforms to models for estimation of model parameters. Il professor Tardieu ha una formazione accademica nell ambito dell agronomia e delle scienze del suolo. È group leader presso l INRA LEPSE, coordinatore del progetto UE FP7 DROPS ( , 9 milioni di Euro) e della ANR-IA French Plant Phenomic Network (Phenome , 24 milioni di Euro). Presiede inoltre la Interdrought society ( ). È autore di 125 articoli scientifici pubblicati su riviste internazionali, come riportato in Web of Science. Le sue ricerche si concentrano sulla creazione di modelli sulla risposta delle piante alle condizioni ambientali, in particolare la carenza idrica: controllo stomatico, crescita delle foglie e delle radici in relazione alle segnalazioni a livello idraulico e chimico. Dal 2000 si è occupato dello studio di un approccio per la creazione di modelli di variabilità genetica nelle piante in risposta alle variazioni ambientali dovute al cambiamento climatico, combinando modelli ecofisiologici, fenotipizzazione ad alta efficienza e analisi genetiche. La variabilità genetica dell interazione pianta-ambiente: dalla fenotipizzazione alla modellizzazione I cambiamenti climatici impongono lo sviluppo di nuovi genotipi in grado di adattarsi più facilmente alle siccità e alle alte temperature. A questo scopo è necessario lo studio di risorse genetiche naturali tramite l analisi fenotipica di centinaia di genotipi in condizioni ambientali ben caratterizzate. Le piattaforme di fenotipizzazione in condizioni semi-controllate non sono in grado di riprodurre le condizioni ambientali che si verificano sul campo, mentre le prove sul campo sono esposte al rischio di confondere gli effetti e alla molteplicità dei possibili scenari climatici. Un modello colturale con input genetici può unire entrambe le fonti di informazione simulando la resa di un ampio numero di genotipi, in siti e anni diversi, indicando così dove e quando una determinata combinazione di alleli possa portare a effetti positivi. La nostra strategia prevede di (i) studiare i parametri dei modelli nelle piattaforme di fenotipizzazione, in insiemi geneticamente strutturati di genotipi, (ii) condurre un analisi genetica di questi parametri, e (iii) inserire i parametri ottenuti (direttamente o tramite un modello che combini i valori degli alleli ai QTL) in un modello colturale che stimoli il comportamento di centinaia di combinazioni alleliche in un gran numero di scenari climatici. Questa strategia prevede l uso di tecniche di fenotipizzazione innovative per la valutazione di parametri come la sensibilità alle condizioni ambientali della crescita espansiva o dell efficienza nell uso della radiazione. Verranno presentati degli esempi a dimostrazione della validità delle conclusioni estrapolate dalla piattaforma ai campi per i caratteri specifici, e dalla piattaforma ai modelli per la valutazione dei parametri

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