European Biotech Week
Transcript
European Biotech Week
European Biotech Week Le biotecnologie in agricoltura tra ricerca e coesistenza Elisabetta Lupotto Dipartimento di Biologia e Produzioni vegetali Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 1 European Biotech Week The expected frontier: 9 billion people in 2050 The challange is to dramatically increase total agricultural production in order to: meet increased demand to secure global food supply respond to climate changes through adaptation and mitigation measures at the same time preserve and respect natural resources and environment Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 2 European Biotech Week Intensive agriculture and the Green revolution Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 3 European Biotech Week Modern varieties and intensive agriculture Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 4 European Biotech Week Wheat breeding and yield increase: from Nazareno Strampelli to semi-dwarf modern wheat varieties Piana di Gela (Sicilia) - 1930 1930 tons/ha 6 frumento tenero 5 Yield t/ha 4 3 2 Frumento duro 1 0 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 Years 2010 Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 5 European Biotech Week Genetic progress of durum wheat in a Mediterranean environment: estimated genetic progress over 90 years: 20kg ha-1 y-1 1900 1920 1940 1960 1980 2000 1900 1920 1940 1960 1980 5 2000 50 40 12500 30 10000 1900 D 1920 1940 1960 Year of release 1980 2000 1900 1920 1940 1960 Year of release 1980 10 2000 65 25 20 40 75 y = -0.0351xA+ 133.4, R 2 = 0.41* 2 y = -0.1142x + 250.3, R = 0.60** 35 15 1900 30 25 20 15 1900 1940 1960 1920 1940 1960 1980 2000 y = -0.5131x + 1093, R 2 = 0.80*** B 2000 150 65 140 y = -0.5131x + 1093, R 2 = 0.80*** 130 120 60 110 B 100 55 190090 1920 1940 1960 1980 2000 80 45 70 y = 0.079x - 116.9, R 2 = 0.66*** 60 40 25 C 0 1900 1920 1940 1960 35 1980 2000 Year of release 30 C 1900 1980 Grain filling period (days) 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 25 0 1920 70 60 1900 1920 1940 - 116.9, R Modern dw cultivars flower abouty = 0.079x 10-12 days earlier than old ones Modern dw cultivars yield about 2 t/ha more than old onesA Plant height (cm) 30 1960 1980 45 2 = 0.66*** 40 35 30 D 1900 1920 1940 1960 1980 Year of release D 1920 1940 1960 1980 2000 1900 1920 Year of release 1940 1960 1980 55 2000 25 2000 Year of release Modern dw cultivars are about 50 cm shorter than old ones 6 25 2000 Grain filling period (days) Heading time (from 1/4) C 70 Physiological maturity (from 1/4) 20 Harvest Index (%) y = 0.1750x - 310.2, R 2 = 0.84*** y = 41.02x - 69220, R 2 = 0.91*** Kernels m -2 Heading time (from 1/4) B A 2 15000 y = -0.0351x + 133.4, R 2 = 0.41* 35 Plant height (cm) Yield (t ha -1) 10 3 Biomass (t ha -1) 15 4 75 y = -0.1142x + 250.3, R 2 = 0.60** Physiological maturity (from 1/4) y = -0.0066x + 0.0078, R 2 = 0.05ns y = 0.0199x - 34.516, R 2 = 0.83*** 5 7500 40 20 6 European Biotech Week Heterosis in maize: from 0.4 to 15 tons/ha P1 H P2 P1 H P2 From local inbred varieties to hybrids Nostrano dell’isola Cinquantino Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 Marano 7 European Biotech Week Rinnovamento varietale di fruttiferi in Italia dal 1995 al 2013 (MACFRUT 2013 Fideghelli C.) 100 90 80 la frago melo io cilieg 70 60 50 40 o pesc o albic cco no g susi . man dorlo 30 pero no e susi . 20 10 0 Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 8 European Biotech Week Valori medi delle selezioni in avanzata fase di studio Produzione media a pianta (g) (MACFRUT2013 Faedi W.) 1400 1.091 (142) 1200 1000 800 768 (100) 893 (116) 1.231 (160) +60% 600 400 200 0 1975 1985 1995 2010 anno Attività di Miglioramento Genetico CRA-FRC – Cesena – pieno campo Accademia dei Georgofili – Firenze 4 Ottobre 2013 9 European Biotech Week R S senza penetrazione penetrazione e sporulazione CLSM analysis Incidenza del brusone su una working collection di 224 accessioni di riso (CRA-RIS e Parco Tecnologico Padano, 2010) Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 Varietà Italiane 180 Varietà straniere 44 R 17.2 % 41.5 % S 82.8 % 58.5 % 10 European Biotech Week Durable blast resistance in rice Gigante Vercelli: identification of QTLs on chromosomes 1 and 4 Chr. 1 R Chr. 4 S LOD LOD LOD cM cM (CRA-RIS, 2012) Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 11 11 European Biotech Week crown-gall : un processo di ingegneria genetica habitat RB LB T-DNA Opine: fonti di C ed N Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 12 European Biotech Week I geni di Agrobacterium inducenti il crown-gall vengono rimossi dal T-DNA e sostituiti con geni di interesse per la costruzione di PGM geni di Agrobacterium RB LB geni di interesse T-DNA RB LB T-DNA Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 13 European Biotech Week Le tecniche del DNA ricombinante e della coltura in vitro di cellule e tessuti sono alla base della costituzione di PGM TL bar pCaMV35S HindIII pCaMV35S 3’ LacZ alpha TR GUS nos3’ pCaMV35S nos3’ pUbi1 Ubi1 exon Ubi1intron introne promotore 3250 b32 coding 950 poly-A nos3’ 295 bp Costruzione di un gene chimerico e clonaggio nel plasmide Ti entro il T-DNA Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 14 European Biotech Week Agrobacterium come mediatore di transgeni nelle cellule vegetali geni di interesse LB RB T-DNA coltura in vitro rigenerazione Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 PGM 15 European Biotech Week In sintesi, la costruzione di una PGM necessita di una serie di eventi: - Corretta costruzione molecolare - Corretta espressione e genetica - Controllo totale di tutte le caratteristiche della PGM in tema di qualità, sicurezza etc. - Iter di registrazione specifico e controllato dagli Organi preposti ai fini della sperimentazione e della definitiva approvazione per il rilascio - Ministeri - Ruolo della Commissione Europea e dell’European Food Safety Authority (EFSA,Parma) 05/11/13 Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 16 European Biotech Week PGM attuali: quali geni? Resistenze genetiche per la difesa delle colture e diserbo Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 17 European Biotech Week Le PGM di prima generazione: Mais bt Evento Registrato da 176 Monsanto Novartis KnockOut® cry1 A(b) PEPC+ ® NaturGuard pollen BT11 Novartis YieldGuard® cry1 A(b) CaMV35S si MON810 Monsanto YieldGuard® cry1 A(b) CaMV35S si DBT418 Dekalb BtXtraTM cry1 A(c) CaMV35S no CBH351 AgrEvo StarLinkTM Nome commerciale Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 Gene Cry9 C Promotore CaMV35S Approv. Ue si no 18 European Biotech Week Crescente adozione del mais bt: Area coltivata (Mil ha) % sul totale coltivato Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 19 European Biotech Week Crescente adozione del cotone bt Area coltivata (Mil ha) % sul totale coltivato Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 20 European Biotech Week Danno da piralide su mais e sviluppo di Fusarium con conseguente produzione di micotossine Vantaggi: - certezza di produzione - sanità del prodotto Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 21 European Biotech Week Situazione mondiale adozione PGM nel 2012 (fonte ISAAA Brief 44-2012) Totali ha coltivati: da 1,7 MIL ha nel 1996 a 170 MIL ha nel 2012 (16 annate agrarie valutate) Nel 2012: PGM coltivate da 28 Paesi (8 Paesi industrializzati; nei 20 Paesi in via di sviluppo che adottano PGM vive il 60% della popolazione mondiale); il 46% del prodotto PGM proviene da: Cina, India, Brasile, Argentina e Sud Africa USA maggior produttore con circa 70MIL ha, circa il 90% della produzione sul totale delle specie coltivate; in Canada la produzione di colza PGM rappresenta il 97,5% Europa: presenza di circa 120.000 ha di mais Bt Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 22 European Biotech Week Quali altri geni? Le PGM di prima generazione sono caratterizzate dalla presenza di geni di resistenza (es. resistenza agli erbicidi totali; resistenza ad insetti; resistenza a virus e nematodi etc.) Le PGM di seconda e futura generazione sono caratterizzate dalla presenza di geni che vanno a toccare catene metaboliche per la produzione di molecole di varia natura (es. aumentato e/o migliorato contenuto proteico; miglioramento qualitativo della frazione lipidica; sintesi di metaboliti secondari ad azione antiossidante sintesi di vitamine etc.) Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 23 European Biotech Week Le piante come bioreattori (AKSharma e MK Sharma, 2009, Biotechn Adv 27) 05/11/13 Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 24 European Biotech Week Review: Unintended compositional changes in genetically modified crops: 20 years of research (1993 – 2013) Rod A.Herman, FDA, USA J. Agric. Food Chem. DOI 10.1021/jf400135r – feb 15, 2013 data risk Genetically modified crop composition time Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 time 25 European Biotech Week La regolamentazione delle PGM in Europa Gli OGM sono soggetti a strette norme legislative nella Ue dall’inizio degli anni ’90. La legislazione Ue ha due obiettivi principali: a) Proteggere salute ed ambiente; b) Assicurare il libero movimento di OGM approvati. Le norme legislative Ue hanno subito una analisi approfondita nel periodo 2000-2003 > legislazione vigente (2003) Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 26 European Biotech Week Fondamentali sono due documenti legislativi riguardanti gli OGM: Direttiva 2001/18/EC relativa al Rilascio deliberato di OGM nell’ambiente Obiettivi: protezione della salute e dell’ambiente Due tipi di attività relativa ad OGM: a) Rilascio per motivi di sperimentazione & ricerca (Parte B) b) Commercializzazione di sementi GM, coltivazione, importazione di seme GM e sua trasformazione (Parte C) La Direttiva 2001/18/EC sostituisce la precedente 90/220/EEC Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 27 European Biotech Week Regolamento (EC) No 1829/2003 relativo ad alimenti e mangimi geneticamente modificati Obiettivi: a) Proteggere la salute umana ed animale introducendo a livello comunitario una valutazione di rischio estremamente restrittiva, prima di ogni immissione sul mercato di GMO; b) Predisporre di procedure chiare e trasparenti per la valutazione del rischio e l’autorizzazione di ogni OGM; c) Assicurare una chiara etichettatura dei derivati da OGM in modo da informare opportunamente il consumatore. - Tracciabilità (http://gmo-crl.jrc.ec.europa.eu) - Etichettatura - Metodi di controllo (The EU Legislation on GMOs – EUR 24279 – 2010) Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 28 European Biotech Week La valutazione del rischio è presa in sede Comunitaria L’autorizzazione a procedere per rilasciare sul mercato un OGM è una decisione che viene presa in sede Ue in quanto determina anche il libero transito attraverso gli Stati membri. La Commissione si basa sulla valutazione del rischio effettuata da EFSA European Food Safety Authority – Parma (valutazione olistica del nuovo OGM: medica, qualitativa, tossicologica, chimica, biochimica, nutraceutica etc.) (http://gmoinfo.jrc.ec.europa.eu; http://efsa.europa.eu ) Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 29 European Biotech Week Normativa per la COESISTENZA Regole per la libera coltivazione e possibilità di segregazione per agricoltura convenzionale, biologica e OGM Obiettivo: evitare la presenza accidentale di OGM in altri prodotti, prevenire perdite economiche, ed evitare conseguenze di commistione tra prodotto convenzionale, biologico ed OGM Marzo 2003: le Regole devono essere sviluppate dagli Stati Membri. Coordinamento Ue: ECoB (European Coexistence Bureau) Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 30 European Biotech Week European Coexistence Bureau (ECoB) Best Practice Documents for coexistence of genetically modified crops with conventional and organic farming Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 31 European Biotech Week La posizione dell’Europa e la valutazione del rischio ambientale Timori per la possibilità di: a) contaminazione con polline di PGM di colture tradizionali, coltivazioni biologiche, habitat naturali, ecosistemi sensibili; b) Interferenza con la biologia degli ecosistemi ambientali; c) Potenziale rischio di perdita di biodiversità dei suoli e biodiversità vegetale ed animale d) Altre interferenze non ancora valutate Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 32 European Biotech Week Progetti LIFE Eu: monitoraggio della biodiversità in aree ambientali protette e adozione di parametri oggettivi per la valutazione del flusso genico in specie non-GM presenti – due esempi di progetti in corso Progetto LIFE DEMETRA (LIFE08 NAT/IT/000342) Development of a quick Monitoring index as a tool to assess Environmental impacts of TRAnsgenic crops Coordinatore: Cristina Vettori, CNR-IGV, Firenze Altri: Università di Firenze, Regione Toscana, Ente Parco Regionale Migliarino, San Rossore, Massaciuccoli Progetto LIFE+ MAN-GMP-ITA (LIFE08 NAT/IT/000334) Validation of risk management tools for GMP in protected and sensitive areas in Italy Coordinatore: Salvatore Arpaia, ENEA, Roma Altri: ISPRA, CRA, Consorzio In-Bio, Università di Palermo Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 33 European Biotech Week Il Dipartimento di Biologia e Produzioni Vegetali (CRA-DPV) ringrazia: CRA-FRU, CRA-FRF per i dati sul miglioramento varietale dei fruttiferi CRA-CER, CRA-GPG, CRA-RIS, CRA-MAC per i dati relativi a frumenti, riso e mais I progetti LIFE DEMETRA e MAN-GMP-ITA e tutti voi per l’attenzione! Accademia dei Georgofili – Firenze 4 O5obre 2013 34