Dal grano Creso alle scienze omiche, nuove applicazioni e strategie future

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1 Dal grano Creso alle scienze omiche, nuove applicazioni e strategie future..non c'è futuro senza passato Patrizia Galeffi, PhD - ENEA Dalla ricerca nucleare alla produzione agro-alimentare: il caso del grano Creso ENEA SEDE Roma, 14 Aprile 2011

2 Grano ed orzo sono essenziali per l economia europea grano (87 Mt EU vs 64 in USA) rappresenta per quantità e valore economico il più importante cereale prodotto in Europa L Europa è leader nella ricerca sul grano, sia come conoscenze che come storia di breeding Produzione EU crop production agricola (harv in EU area (Ha) Ha) FAO 2004 Wheat Barley Maize Rapeseed Rye Oats Triticale Potatoes Sugar Beets Tomatoes

3 Le sfide della ricerca sul grano Alto Potentiale di Resa e Stabilità (WUE, Tolleranza allo stress idrico, Adozione di Tecnologie per la conservazione delle Risorse) Adeguata Qualità Industriale (attributi specifici per ciascun uso finale) Interazioni con la ricerca dedicata alla gestione delle specie coltivate e alla conservazione delle risorse Networking/Training Durevole & Efficace Resistanza a Malattie (APR per ruggini)

4 Progetti di sequenziamento di cereali in corso $32 milioni da NSF, USDA e DOE Le nuove conoscenze che vengono dalla genomica permetteranno ai biologi vegetali ed ai breeders di migliorare più rapidamente caratteri agronomicamente importanti nei cereali

5 Il genoma dei cereali (Poaceae) 600 generi e più di 10,000 specie. 3 sottofamiglie: Ehrhartoideae (Riso) 2002, 450 Mb Panicoideae (Mais, Sorgo, Canna da zucchero) Pooideae (Orzo, Grano, Brachypodium) 2009, 2.3 Gb 2009, 750 Mb In progress Grano tenero: 3 genomes, 17 Gb Brachypodium : 1 genome, 280 Mb In progress 2010, 280 Mb

6 Strategie per il sequenziamento di genomi complessi Sequenziamento BAC-by-BAC Sequenziamento Whole Genome Shotgun

7 I networks esistenti in Europa dedicati alla genomica dei cereali Nordic Joint Commitee IEB Barley Genome Net

8 Genoma del grano Mappa fisica del genoma esaploide (grano tenero) Genoma D (Ae. tauschii e grano tenero) Sequenziamento del cromosoma 3B per validare una strategia basata sull isolamento dei cromosomi e librerie BAC Genomi A,B (strategia genoma intero) Strategia di sequenziamento basata su definizione dell organizzazione spaziale dei geni e analisi dei metodi per arricchimento genico The International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC)

9 Progetto nazionale di sequenziamento del grano CROMOMAP - Mappa 5A Valore totale del progetto ,00 ENEA

10 TRITIGEN, un azione COST Triticeae genomics for the advancement of essential European crops 27 paesi COST coinvolti, circa per la durata totale dell azione (4 anni) Coordinatore: Prof. Alan Schulman University of Helsinki, FL MC membri Italiani : P. Galeffi (ENEA) and R. Tuberosa (UNIBO) Partecipanti Italiani : ENEA, UniTuscia, UniBari, CRA, Metaponto AGROBIOS, UniMI, UniModena, Parco Lodigiano

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12 Piattaforme tecnologiche Sequenziatori DNA Sanger e 454 Citometro a flusso Spettrometria di massa ad alta risoluzione Microarray (Combimatrix) NMR Facility (600 MHz) (UTTRI-BIOTEC) Serra a contenimento (UTBIORAD)

13 Progetti nazionali Collaborazioni nazionali CRA Fiorenzuola d Arda CRA Foggia AGRIS Sardegna Università la Tuscia Scuola Superiore S. Anna, Pisa (Dottorato internazionale in Agrobiodiversità)

14 Genomica e sequenziamento Laboratorio pubblico privato realizzato tramite un progetto cofinanziato dalla FILAS SpA (Regione Lazio) nel 2009 (ENEA-Univ. Cattolica-Ylichron srl) High throughput sequencing Microarray printing and analysis

15 Genomica funzionale e trascrittomica Studio dei geni che rispondono allo STRESS IDRICO in Creso e in altre varietà, nei grani ancestori e in linee sperimentali RT-PCR 1 no stress 2 4d stress PCR-mapping di geni putativamente localizzati sulla zona deleta di CS-5AL-10 Analisi trascrittomica microarray

16 Citogenomica molecolare e citometria a flusso di cromosomi vegetali Collaborazione ENEA-IEB Separazioni di frazioni cromosomiche pure per la costruzione di librerie BAC per singolo braccio cromosomico Mappaggio fisico di sonde molecolari per la localizzazione genica

17 Miglioramento genetico di cereali Recupero di ideotipi e varietà locali di cereali per ottenere, attraverso breeding orientato nuove cultivar con caratteri qualitativi e quantitativi migliorati e aumentata resistenza a stress biotici e abiotici

18 Collaborazioni Internazionali ENEA-CIMMYT La collaborazione con il CIMMYT, un volto del presente (da sinistra: un cervello in fuga, il Direttore di UTAGRI, il responsabile del programma di miglioramento del grano al CIMMYT)

19 Partecipazione alle piattaforme europee Grazie per l attenzione