MAS -Marker Assisted Selection

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MAS -Marker Assisted Selection
MAS -Marker Assisted Selection
SELEZIONE ASSISTITA DA MARCATORI
CHE COS’E’
La Selezione Assistita da Marcatori (MAS, Marker Assisted Selection) è una tecnica che
accelera e semplifica la selezione delle migliori caratteristiche delle piante attraverso incroci
ripetuti.
Si fonda sul principio che la diversità biologica presente all’interno di una stessa specie offre
la possibilità di individuare varietà sessualmente compatibili con quelle di interesse
commerciale, in grado di esprimere caratteristiche particolari.
Per migliaia di anni l´uomo ha effettuato una selezione favorendo la riproduzione di animali
e vegetali meglio adattati alle condizioni ambientali locali e in grado di garantire una maggiore
resa produttiva.
Ancora oggi questa pratica rappresenta uno strumento essenziale per garantire il continuo
miglioramento varietale animale e vegetale, ma molto spesso i tempi per ottenere nuove varietà
sono molto lunghi.
Per poter scegliere gli individui migliori da riprodurre, infatti, si deve aspettare che la pianta
abbia raggiunto lo stadio di maturità in cui siano visibili le caratteristiche che si vogliono
selezionare.
Nel caso in cui si voglia intervenire sulle caratteristiche dei frutti, ad esempio, è necessario
attendere il raggiungimento della maturità sessuale che, soprattutto nelle specie arboree, può
richiedere anni.
Molti caratteri, inoltre, sono difficili, se non impossibili, da identificare osservando il
fenotipo, ovvero il risultato dell’interazione delle informazioni ereditarie (genotipo), con
l’ambiente circostante che può inibire o attivare l’espressione di uno o più geni presenti nel
DNA.
Nel caso in cui si vogliano selezionare varietà con accresciute proprietà nutritive o resistenti
a stress abiotici, quali siccità e salinità, la selezione tradizionale fatta sulla base delle
caratteristiche del fenotipo richiederebbe uno sforzo aggiuntivo senza offrire garanzie certe sui
risultati.
La Selezione Assistita da Marcatori (MAS) è un modo per accelerare questi processi di
selezione tradizionali utilizzando le conoscenze di genetica e biologia molecolare.
Tale tecnica si è dimostrata particolarmente utile per selezionare varietà di diverse specie
vegetali con accresciute capacità produttive, di resistenza agli attacchi parassitari, di maggior
tolleranza alla salinità o con migliorate qualità nutritive.
COME FUNZIONA
Tutti gli organismi viventi trasmettono alla progenie delle caratteristiche specifiche che
sono codificate nel materiale genetico, costituito da una o, più comunemente, due catene di
DNA (acido desossiribonucleico) o RNA (acido ribonucleico).
I singoli anelli delle catene di DNA sono costituiti dai nucleotidi le cui unità funzionali alla
trasmissione dei caratteri ereditari sono 4 composti chimici (basi azotate): adenina (A), citosina
(C ), guanina (G) e tirosina (T) (sostituita dall’uracile nel caso dell’RNA).
Un numero minimo di sequenze nucleotidiche particolari (geni) è alla base della codifica dei
caratteri ereditari mentre della maggior parte del materiale genetico presente nel DNA non se
ne conoscono ancora a fondo le funzioni.
Negli organismi superiori i cromosomi sono presenti in coppie (omologhi) e cosi’, quindi, i
singoli geni che pero’ possono codificare informazioni diverse, come quelli, ad esempio
responsabili del colore degli occhi nell’uomo.
Quando lo stesso gene è in grado di esprimere lo stesso carattere in modi diversi si parla di
“alleli” che possono essere recessivi, nel caso in cui si esprimono solo se lo stesso allele è
presente in entrambi i cromosomi (omozogosi), o dominanti se il carattere di cui sono portatori
si esprime anche se l’allele è presente in singola copia (eterozigoti).
La MAS sfrutta la presenza, tra varietà della stessa specie, di alleli diversi dello stesso gene
che siano in grado di esprimere caratteri desiderati.
Con la mappatura genetica e l’applicazione di tecniche di biologia molecolare, è possibile
individuare ed, eventualmente, isolare i geni che codificano particolari caratteri e associarli a
determinate sequenze nucleotidiche che si trovano prima e dopo di loro lunga la catena di DNA
e che nel corso della riproduzione vengono trasferite assieme ai geni cui sono associate.
Supponiamo, ad esempio, di voler usare queste informazioni per trasferire un determinato
carattere (o più caratteri) codificato da un allele presente in una varietà donatrice (A), priva di
valore commerciale, in una varietà ricevente (B) di interesse economico.
Conoscendo la sequenza dei marker molecolari, un rapido test del DNA della progenie
derivante dall’incrocio A x B consente di individuare gli individui che presentano sequenze
nucleotidiche tipiche della varietà B ad eccezione della presenza dell’allele desiderato
proveniente dalla varietà A e vengono quindi selezionati per essere incrociati di nuovo con
individui della varietà B.
Questo processo di incrocio mirato viene ripetuto fino a che l’allele non sia stabilmente
incluso nel genoma della nuova varietà (introgressione).
Grazie alla MAS è possibile dimezzare i tempi richiesti dalle tradizionali tecniche di ibridazione,
basate sulla selezione fenotipica degli individui adulti. Si è inoltre dimostrata particolarmente
adatta per intervenire sul trasferimento di caratteri poligenici, regolati cioè dall’azione
congiunta di più geni.
Per saperne di più:
FAO, 2006. Risultati del forum elettronico sulle biotecnologie
(ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/009/a0744e/a0744e00.pdf)
FAO, 2007. Marker-assisted selection : Current status and future perspectives in crops,
livestock, forestry and fish (http://www.fao.org/docrep/010/a1120e/a1120e00.htm)
LE DIFFERENZE TRA MAS E OGM
Le varietà prodotte con l’applicazione della MAS non contengono frammenti di DNA
estraneo alla specie cui appartengono dal momento che l’introgressione dei caratteri avviene
tramite riproduzione sessuata e per semplice modifica degli alleli di uno stesso gene. Cio’
significa che il numero e la disposizioni dei nucleotidi lungo la catena del DNA è identica agli
individui appartenenti alla varietà di partenza.
Al contrario, per creare un OGM è necessario bombardare culture cellulari della specie che si
vuole modificare con un “pacchetto” di materiale ereditario costituito dal gene di interesse
accompagnato da geni che ne regolano l’attività (promoters).
In diversi casi, inoltre, ne vengono anche aggiunti alcuni che esprimono la resistenza a
specifici antibiotici e che hanno l’unica funzione di agevolare il processo di selezione delle cellule
che si sono trasformate come desiderato.
Dopo aver bombardato la coltura cellulare con il pacchetto transgenico, è sufficiente esporla
agli antibiotici di cui si è indotta resistenza per uccidere tutte le cellule che non hanno incluso
nel loro DNA i geni esogeni.
Anche se in termini relativi il materiale genetico aggiunto al DNA ricevente rappresenta
percentuali trascurabili, gli OGM presentano un numero di geni superiore a quello del DNA di
partenza ed una diversa sequenza nucleotidica.
Gli effetti di cio’ sono difficilmente prevedibili dal momento che è conosciuta la possibilità di
interazione tra geni diversi nonché la possibilità che l’inclusione casuale del transgene in un
diverso genoma possa attivare, sopprimere o modificare l’azione di altri geni.
L’ingestione di OGM che contengono anche i geni di resistenza agli antibiotici, inoltre,
espone l’organismo al rischio che frammenti di DNA transgenico vengano inclusi nel genoma dei
batteri gastrici ed intestinali degli animali, uomo incluso, rendendoli immuni agli antibiotici.
Nel caso in cui l’organismo venisse attaccato da batteri patogeni l’ibridazione con la flora
batterica endogena potrebbe finire per creare ceppi patogeni resistenti che finirebbero per
rendere inefficaci i trattamenti terapeutici con gli antibiotici target.
L’insieme di questi rischi ha spinto il legislatore, in particolare europeo, ad emanare norme
che regolano diversi aspetti che coprono il rilascio in ambiente di OGM, la loro presenza in
alimenti e mangimi animali e la relativa etichettatura e l’uso di marker di resistenza agli
antibiotici.
L’OECD ha stimato che i costi amministrativi per il rilascio di un nuovo OGM sono compresi
tra i 0,4 ed i 13 milioni di dollari che vanno ad aggiungersi ai costi di ricerca.
Le varietà prodotte dalle MAS non presentano nessuno di questi elementi di incertezza né
costi aggiuntivi per le autorizzazioni ed è per questa ragione che non vengono osteggiati dalla
società civile come invece accade per gli OGM.
CASI DI APPLICAZIONE DELLA MAS
La selezione assistita con l’ausilio di marker molecolari viene praticata con grande successo
da ben prima dell’avvento degli OGM e con risultati decisamente più incoraggianti e meno
controversi addirittura in diversi PVS.
A questo punto è pero’ d’obbligo ricordare che soluzioni tecnologiche possono essere utili
strumenti in Paesi dove esiste un sistema produttivo organizzato e una strategia di sviluppo
agricolo ed in assenza dei quali l’apporto tecnologico del miglioramento varietale non puo’
essere valorizzato. Selezionare nuove varietà più produttive puo’ risolvere i problemi strutturali
della fame nel mondo che risiedono nella povertà, nella mancanza di accesso a beni, quale
l’acqua, o ai servizi, quali le infrastrutture viarie o ancora per l’impossibilità di competere su un
mercato internazionale drogato dai sussidi all’agricoltura dei Paesi più ricchi.
Dai forum di discussione sulle le biotecnologie in campo agroalimentare organizzati dalla
FAO, è emersa chiara la necessità che anche applicazioni non controverse come la MAS vadano
ad integrare e non sostituire, le tecniche di selezione tradizionale valutando attentamente, anche
sotto il profilo economico, il valore aggiunto apportato.
Cio’ premesso, le potenzialità della MAS, soprattutto con l’utilizzo di nuove tecniche di
mappatura dei marker molecolari e l’applicazione della bioinformatica, viene riconosciuta da più
parti ma rimane difficile avere un conto preciso delle varietà prodotte con la MAS già immesse
sul mercato. La difficoltà è data dall’assenza di atti obbligatori precedenti l’immissione e
l’assenza di un registro separato da quello delle varietà tradizionali.
In un rapporto della FAO del 2007 sullo stato di applicazione di diverse biotecnologie in
campo vegetale la MAS risulta applicata in 11 dei 25 PVS analizzati, mentre la transgenesi
interessa appena 3 Paesi. Complessivamente nel rapporto vengono riportati 677 progetti di
applicazione della MAS su coltivazioni erbacee ed arboree a diverse fasi di sviluppo come
riportato nella tabella seguente
Fase
Sperimentazione
Sperimentazione
in
campo
Commercializzazione
Non identificata
Totale
Culture erbacee
344
107
Culture arboree
179
8
Totale
523
115
4
34
489
1
0
188
5
34
677
In un rapporto del 2009, Greenpeace International identifica 28 varietà selezionate con la
MAS e già immesse sul mercato, di cui 15 registrate negli USA (54%), 5 in India(18%), 2 in
Australia, Indonesia e Filippine (21%) e una in Italia ed in Cina (8%).
A differenza degli OGM la cui stragrande maggioranza esprime caratteri di resistenza agli
erbicidi e/o ad attacchi di insetti, 23 delle 28 varietà riportate (82%) presentano caratteristiche
di resistenza ad attacchi patogeni.
Inoltre, mentre la transgenesi viene applicata prevalentemente a coltivazioni di commodities
(mais, soia e cotone) nel caso della MAS il rapporto è inverso: 10 delle 28 varietà da MAS
riguardano il riso, 4 orzo e fagioli, 6 grano e 1 miglio, soia, mais e pomodoro.
Oltre alle varietà giunte alla fase di commercializzazione, la ricerca sulle possibili
applicazioni della MAS riguarda patate, cassava, patate dolci, cacao, banano, canna da zucchero
e diverse leguminose.
La MAS sembra essere particolarmente utile a facilitare il passaggio di caratteri quantitativi,
quelli cioè regolati dall’azione di più geni come la resistenza alla siccità o alla salinità.
IN ITALIA
Le stime sulle varietà ottenute con la MAS e già presenti sul mercato sono molto
sottodimensionate e diverse nuove varietà sono già da anni sul mercato presentate come varietà
tradizionali.
In Italia, oltre ad alcuni centri di ricerca di multinazionali sementiere, il Consorzio Sementi
dell’Emilia Romagna presenta diverse linee di ricerca di applicazione della MAS sul grano per la
selezione di varietà resistenti ad attacchi fungini e batterici, con elevato contenuto in amilosio,
resistenti alla siccità ed alla carenza di azoto.
Diversi centri di ricerca italiani sono da anni impegnati nel campo della MAS con progetti che
riguardano, tra gli altri, il grano, il pomodoro, il peperone, il melo e la susina.
Tra le istituzioni pubbliche di ricerca figurano in particolare l’Università Federico II di Napoli,
diverse sedi CNR, l’Università di Bologna, l’Istituto di Cerealicoltura di Fiorenzuola d’Arda e il
Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura del Ministero delle Politiche
Agricole e Forestali, l’Università di Catania, l’Univesità di Torino e l’Istituto sperimentae di
frutticoltura di Roma.
IN EUROPA
In Europa esistono vari centri di ricerca che si occupano della Mas, presenti soprattutto in
Scozia,Germania, Paesi Bassi, Turchia, Francia, Regno Unito, Austria.