Prof Morandini

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Prof Morandini

La lunga marcia delle
modificazioni genetiche
- dal neolitico ad oggi
Piero Morandini
Dipartimento di Bioscienze
Università di Milano
lunedì 22 luglio 2013
Come se li immagina la gente comune?
Come se li immagina la gente comune?
Cosa sono?
Da dove arrivano?
Cereali coltivati nella mezzaluna fertile
Cereali selvatici nella
mezzaluna fertile
mezzaluna fertile
La raccolta di cereali
per produrre farina è
molto più antica.
L’agricoltura inizia
quando parte del seme
viene trattenuto per la
semina
mezzaluna fertile
La raccolta di cereali
per produrre farina è
molto più antica.
L’agricoltura inizia
quando parte del seme
viene trattenuto per la
semina
La selezione operata dall’uomo
La selezione fatta dall’uomo
che effetti ha sulla pianta?
Avena selvatica
La selezione fatta dall’uomo
che effetti ha sulla pianta?
Avena coltivata
Avena selvatica
Un bel carattere
Un bel carattere
Spighetta in una pianta selvatica
matura:
i semi cadono a terra entro pochi
giorni.
Un bel carattere
Spighetta in una pianta selvatica
matura:
i semi cadono a terra entro pochi
giorni.
Spighetta in una pianta coltivata
matura:
i semi rimangono per anni
attaccati alla spighetta. Si staccano
solo con un vigoroso trattamento
(trebbiatura).
Spighe mature delle varietà di riso
Nipponbare e Kasalath
Nipponbare
Kasalath
Il carattere “shattering” è dovuto al
cambiamento di una singola base
su 15.000
Nipponbare
Kasalath
Il carattere “shattering” è dovuto al
cambiamento di una singola base
su 15.000
Nipponbare
Kasalath
Nipponbare: ...ACATTTCATGA...
Kasalath:
...ACATTGCATGA...
Regione trascritta
Promotore
Kasalath:
...ACATTGCATGA...
Regione trascritta
Promotore
Kasalath:
...ACATTGCATGA...
Idealmente basta il cambiamento di una sola
lettera su circa 400 milioni per stravolgere
totalmente la biologia riproduttiva di una specie
Frumento selvatico - coltivato
Teosinte – Mais
Semi di teosinte
Semi di mais
Teosinte – Mais
Semi di teosinte
i semi si staccano facilmente
Semi di mais
Teosinte – Mais
Semi di teosinte
i semi si staccano facilmente
Semi di mais
Per staccare i semi occorre un’azione vigorosa
Silique di Arabidopsis wt (sopra) e del mutante seedstick (sotto). E’ evidente che la mutazione
impedisce la dispersione del seme. Immagine cortesia di I. Roig Villanova, Università di Milano
I geni della
dispersione
variano da
specie a specie
Silique di Arabidopsis wt (sopra) e del mutante seedstick (sotto). E’ evidente che la mutazione
impedisce la dispersione del seme. Immagine cortesia di I. Roig Villanova, Università di Milano
Varietà diverse di frumento tenero con diversi alleli nanizzanti
semi-nano
Rht-B1b
semi-nano
Rht-D1b
Rht-B1aAGEGEEVDELLAALGYKVRASDMADVAQKLEQLE…
Rht-B1bAGEGEEVDELLAALGYKVRASDMADVAQKLE*
Rht-D1bAGEGEEVDELLAALGYKVRASDMADVAQKL*
parte della proteina
interessata dalla mutazione
Analogo discorso per piante ornamentali e animali
Rosa canina (selvatica)
Rosa coltivata
Analogo discorso per piante ornamentali e animali
Molte piante ornamentali presentano mutazioni
Rosa canina (selvatica)
Rosa coltivata
Dimensioni del frutto e
della parte commestibile
sono due caratteri evidenti
che distinguono una pianta
domesticata dalla sua
controparte selvatica
Pomodoro selvatico / pomodoro moderno
Tomato photo by Bruce Thomas, UC Davis
Per migliaia di anni l’uomo ha selezionato tra le varianti offerte
spontaneamente da madre natura
Il risultato di questo lento processo (accumulo di “mutazioni”)
è stata la creazione delle piante coltivate a partire da quelle
selvatiche
Pomodoro selvatico / pomodoro moderno
Tomato photo by Bruce Thomas, UC Davis
Dormienza
-“! a mechanism that prevents germination of a
seed at an inappropriate time” (Vivrette, Seed
Technologist Training Manual, Chap. 9)
- “!the absence of germination of an intact,
viable seed under germination favoring
conditions within a specific time lapse”. (Hilhorst, 1995)
aspetto positivo
aspetto negativo
A survival mechanism favoring propagation
and dissemination of plant populations
Mutante viviparo di mais
! avoids germination at the wrong moment
! avoids germination at the wrong place
! distribution of germination in time, minimizes
effects of “unfavorable event”
! favors spatial dispersion
!but, in agriculture it is mostly a problem
! it is a problem for plant establishment
! deep dormancy mostly removed
! may still be a problem in less domesticated genotypes
! also a problem for seed evaluation
! also a problem for seed evaluation
! however, some dormancy is desirable (to avoid preharvest sprouting)
Tomato seedlings germinated inside the fruit
Piante di mais volontarie spuntate poco dopo il
raccolto autunnale a partire da una spiga interrata
Pianta di mais volontaria
in un campo di soia
Sept. 2012, Borgofranco d’Ivrea
!Tasso di sopravvivenza
spontanea:
" 1/1.000.000
Riso coltivato
Riso coltivato
Riso crodo
Riso coltivato
Riso crodo
* Un grosso problema nelle zone a semina diretta
* Riso crodo e coltivato sensibili agli stessi erbicidi
Riso coltivato
Riso crodo
Riso coltivato
Riso crodo
Riso coltivato
Riso crodo
Riso coltivato
Riso crodo
1
2
3
Binasco
(Mi)
1
2
3
1
2
3
" Semi dispersi prima del raccolto
Binasco
(Mi)
1
2
3
1
2
3
" Dormienti per 2-5 a.
Binasco
(Mi)
1
2
3
1
2
3
" 11 piante m-2 ! 40% perdita di resa
Binasco
(Mi)
1
2
3
1
2
3
Foto prese a Binasco (Ott. 2011) nei tre
campi contrassegnati sulla mappa
Binasco
(Mi)
1
2
3
Livello di infestazione con riso crodo:
Bassa
1
Media
Alta
2
3
Foto prese a Binasco (Ott. 2011) nei tre
campi contrassegnati sulla mappa
Binasco
(Mi)
1
2
3
Pianta coltivata = pianta naturale?
Pianta coltivata = pianta naturale?
Accumulo di mutazioni dannose per la pianta, ma favorevoli
all’uomo (oltre a quelle dannose tramite linkage)
! Seme trattenuto a maturità della spiga (frutto)
! Riduzione del contenuto di tossine (patogeni…)
! Dimensioni del frutto/seme/parte commestibile
! Nanismo/accestimento
! Dormienza del seme (infestanza, permanenza..)
! Richieste nutrizionali (fertilizzanti…)
! Acqua, luce…
Le piante selvatiche resistono a condizioni difficili
Le piante selvatiche resistono a condizioni difficili
Nel caso delle biotecnologie mediche “!si opera in un ambiente controllato,
evitando di contaminare l’ambiente esterno [!]. Non altrettanto si può dire
per la manipolazione di piante ed animali che, non potendo essere tenuti in
ambienti isolati, vengono sperimentati ed utilizzati in campo aperto, con
rischio evidente!” (G.T., La Repubblica, 4 Giugno 2000)
Infestanti (nomina sunt numina!)
Convolvolo
La patata è divorata dalla dorifora
Ia conclusione: le piante coltivate sono deboli
(hanno seri problemi di sopravvivenza in natura)
La patata è divorata dalla dorifora
Se le piante coltivate fossero naturali...
Passaggio spontaneo
Passaggio che richiede moldo sudore e tecnologia
Passaggio spontaneo
Passaggio che richiede moldo sudore e tecnologia
IIa conclusione: le piante coltivate scomparirebbero
se l’uomo non se ne prendesse cura
Passaggio spontaneo
Aspetta e spera?
Aspetta e spera?
Per migliaia di anni l’uomo
ha selezionato tra le varianti
offerte spontaneamente da
madre natura
Aspetta e spera?
madre natura
Tramite ibridazione e gli
altri metodi si allarga la base
genetica a disposizione.
Aspetta e spera?
madre natura
Tramite ibridazione e gli
altri metodi si allarga la base
genetica a disposizione.
Possiamo creare nuovi geni
oppure dobbiamo sembre
aspettare che sia la natura a
fornirli? Ci è lecito farlo?
Geneticamente Modificato?
Le mutazioni sono relativamente frequenti e spontanee in natura
Geneticamente Modificato?
Le mutazioni sono relativamente frequenti e spontanee in natura
Le mutazioni sono eventi “istantanei” successivamente sottoposti a selezione
CpB144
(1969)
Creso
(1970)
Campo sperimentale: 200m diametro
Sorgente Co-60 al centro 89 TBq
Uso di raggi
gamma per
produrre
nuove varietà
Institute of Radiation
Breeding
Ibaraki-ken, JAPAN
http://
www.irb.affrc.go.jp/
IIIa conclusione: molti metodi “innaturali” e
“grossolani” sono usati nello sviluppo varietale
Uso di raggi
gamma per
produrre
nuove varietà
Breeding
Ibaraki-ken, JAPAN
http://
IIIa conclusione: molti metodi “innaturali” e
“grossolani” sono usati nello sviluppo varietale
Uso di raggi
gamma per
produrre
nuove varietà
Breeding
Ibaraki-ken, JAPAN
http://
“!nessun organismo scientifico indipendente ha mai escluso ricadute sulla
salute di produzioni geneticamente modificate” (risoluz. commis. Agricoltura)
P1
P2
F1
F2
F10
Vigore ibrido nel mais: spighe prodotte da due linee parentali diverse (P1 e P2), dall’ibrido F1, da una
pianta della seconda (F2) e della decima generazione (P10). In F2 e F10 le spighe sono rappresentative
della popolazione. Immagine cortesia di P. Landi e M.C. Colalongo (Università di Bologna)
Triticale – Una nuova specie di pianta (coltivata)
durum wheat
Triticum turgidum
rye
Secale cereale
triticale
X Triticosecale
Ibridazione
X
Cultura degli
embrioni
&
duplicazione dei
cromosomi
Breeders have combined durum wheat and rye to produce triticale, which has a
larger gene pool than is present in either of the parent crops.
photos compliments of Calvin Qualset, UC Davis
Triticale: una specie creata dall’uomo
Tramite ibridazione forzata, coltura di embrioni e duplicazione dei cromosomi
1876 Il botanico
scozzese A. S. Wilson
incrocia frumento e segale.
I semi frutto dell’incrocio
sono però sterili
1937 Per mezzo della
colchicina si riesce a
raddoppiare il numero dei
cromosomi (e quindi dei
geni)
1970-80 Rilasciate
le prime varietà di triticale
per la coltivazione
2000 Circa 6 milioni di
ettari sono coltivati oggi
con triticale
Come si produce una ?
Il metodo più comune sfrutta batteri che introducono geni nelle piante
Piante transgeniche naturali
contenenti geni di batteri
Fig.11.7 Trasformazione di riso con agrobatterio: (a) semi, (b) calli insieme all’agrobatterio, (c) calli su
terreno selettivo, (d) calli con embrioni somatici in formazione o già sviluppati, (e) plantula trasferita su
nuovo mezzo di coltura.
patina di
agrobatterio
callo
b
d
Agrobatt.
Semi
14 gg
Callo
3g
Agente
selettivo
10 g
Callo
resistente
15 g
Embrio
genesi
14 g
Plantula
a
c
e
" Le biotecnologie e il breeding lavorano sui geni.
" La modificazione genetica delle piante da parte dell’uomo
va avanti da più di 10.000 anni.
" Nessuna opposizione, nessuna differenza cruciale (rischi
compresi)
compresi)
Quasi tutte le principali accademia nazionali e internazionali (USA, India, Italia,
Brasile, Francia, Germania, Inghilterra, China, Mexico, Pontificia, del Terzo
Mondo!) hanno espresso pareri positivi sulla tecnologia.
Insieme a molte socientà scientifiche e organizzazioni internazionali (OMS,
FAO) hanno concluso che in base all’evidenza scientifica pubblicata e
all’esperienze accumulate in tanti anni di coltivazione commerciale, le colture
non presentano rischi nuovi o differenti rispetto a quelle convenzionali e danno
benefici tangibili.
(per una lista incompleta)
http://users.unimi.it/morandin/Sources-Academies-societies.doc
compresi)
Quasi tutte le principali accademia nazionali e internazionali (USA, India, Italia,
Brasile, Francia, Germania, Inghilterra, China, Mexico, Pontificia, del Terzo
Mondo!) hanno espresso pareri positivi sulla tecnologia.
Insieme a molte socientà scientifiche e organizzazioni internazionali (OMS,
FAO) hanno concluso che in base all’evidenza scientifica pubblicata e
all’esperienze accumulate in tanti anni di coltivazione commerciale, le colture
non presentano rischi nuovi o differenti rispetto a quelle convenzionali e danno
benefici tangibili.
(per una lista incompleta)
http://users.unimi.it/morandin/Sources-Academies-societies.doc
- Alcuni problemi sono “intrattabili” per via classica
- Rischi e benefici
M ha
180
160
Convenzionale
140
Transgenico
158
120
100
90
80
60
33
40
31
20
0
81%
64%
29%
23%
Soia
Cotone
Mais
Colza
http://depthofprocessing.blogspot.com/2009
/05/are-potato-peels-nutritious.html
Poisoning and Toxicology Handbook
by Leikin & Paloucek 4th edition,
Informa Health Care, 2007
ISBN 1420044796, 9781420044799
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Potato_sprouts.jpg
Solanine abounds in green parts, sprouts and diseased potatos
March 27, 1925 340-341
http://depthofprocessing.blogspot.com/2009
/05/are-potato-peels-nutritious.html
Poisoning and Toxicology Handbook
by Leikin & Paloucek 4th edition,
Informa Health Care, 2007
ISBN 1420044796, 9781420044799
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Potato_sprouts.jpg
Solanine abounds in green parts, sprouts and diseased potatos
Bottle gourd
Celery
http://nonsense123.files.wordpress.com/2008/06/bottle-gourd.jpg
Zucchini Blackjack
http://www.people.cornell.edu/pages/kjc34/distribution.html
http://www.growfruitandveg.co.uk/grapevine/vegging-out/courgettes-doing-my-head_18095.html
La natura: un campo minato!
Pianta
Sostanza tossica
Effetto Dose
Assa foetida
Prenylated coumarins
lethal
Datura stramonium
Iosciamine/scopolamine atropine
lethal
2 ng/ml blood
Tobacco
Nicotine
lethal
20g leaf
Solanum sodomeum
Solasonine, solanidine.
toxic
Ricinus (castor bean)
Ricin / Ricinoleic acid
lethal
1 seed
Tomato
tomatine
Potato
solanine
lethal
3-6 mg/Kg
Cassava
Cyanogenic glucosides
lethal?
Beans
Protease / amylase inhibitors, lectins
toxic
Almond
Cyanogenic glucosides
lethal
Brassicas
Glucosinolates
toxic
20 seeds
http://www.poppyseedtea.com/ Poppy seed tea can kill you
Teenagers with Jimson weed (Datura stramonium) poisoning
A teenager brought a Jimson weed plant to a party after watching youths misusing the plant
on a popular television show. Eight teenagers opened the seed pods, each chewing and
ingesting the seeds from 2 to 3 pods (~100-300 seeds) in combination with alcohol. A 16year-old white male and a 15-year-old female of Asian descent presented to our tertiary
care emergency department (ED) with a severe acute anticholinergic toxidrome after this
ingestion, which was 1-2 hours before presentation. The male patient ! presented with
visual hallucinations, disorientation, incomprehensible and nonsensical speech, and dilated
sluggish pupils. The patient was tachycardic (heart rate 120 beats/min), febrile (38°C) and
had a blood pressure of 120/60 mm Hg.
The female patient was very agitated, disoriented, swearing and spitting at ED staff after
ingestion of approximately 100 Jimson weed seeds and vodka. On exam, she had dilated
pupils, sinus tachycardia (heart rate 160 beats/min), tachypnea (40 breaths/min), fever
(37.8°C)!
* 188 human cases over a 6-year period in Texas. 78% of cases were
the result of intentional abuse, largely in teenagers.
* 23 cases were reported in British Columbia over 3 years (2004-2006).
* ingestion was possibly associated with a teen fatality in British
Columbia in 2006.
* The use of Jimson weed can be prevalent in the teenage party
community as a means to achieve an inexpensive euphoria. Jimson
weed seeds are easily purchased online.
Case report: http://www.cjem-online.ca/v9/n6/p467
http://uvalde.tamu.edu/herbarium/final/dain_fr.jpg
Heracleum mantegazianum - Panace di Mantegazzi (ITA) Giant hogweed (ENG)
http://nyis.info/plants/Images/GH_burns.jpg
For giant hogweed to affect a person, sap
from a broken stem or crushed leaf, root,
flower or seed must come into contact with
moist skin (perspiration will suffice) with
the skin then being exposed to sunlight.
See also http://www.pathguy.com/sol/12523.jpg
http://nyis.info/plants/Images/GH_plant.jpg
Giant hogweed, like celery, is
a member of the carrot and
parsley family
Two days
and
three days
after contact and moderate light exposure
Image from the author’s body, as punishment for not recognizing the plant in an
orchard while collecting plums (despite all the academic knowledge...)
M ha
100
90
Tolleranza a erbicidi
80
Resistenza a insetti (Bt)
70
Tolleranza a erbicidi + Resistenza a insetti
60
50
40
30
20
10
0
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
Anno
Area coltivata in Mha per i vari caratteri (HT, IR o impilati) nel periodo
1996-2010. Immagine per gentile concessione di C. James, ISAAA.
2010
Perdite colturali
Fattori biotici ed abiotici di perdita di produzione
Perdite colturali
Fattori biotici
Perdite colturali
Fattori biotici
Fattori abiotici
Perdite colturali
Fattori biotici
Fattori abiotici
Perdite colturali
Fattori biotici
Fattori abiotici
Infestanti
-Monocot.
-Dicot.
-Erbe
parassite
Perdite colturali
Fattori biotici
Infestanti
Animali
-Monocot.
-Insetti
-Dicot.
-Acari
-Erbe
parassite
-Nematodi
Fattori abiotici
-Lumache
-Mammiferi
-Uccelli
Perdite colturali
Fattori biotici
Infestanti
Animali
Patogeni
-Monocot.
-Insetti
-Funghi
-Dicot.
-Acari
-Erbe
parassite
-Nematodi
-Batteri
(fitoplasmi)
Fattori abiotici
-Lumache
-Mammiferi
-Uccelli
Perdite colturali
Fattori biotici
Infestanti
Animali
Patogeni
-Monocot.
-Insetti
-Funghi
-Dicot.
-Acari
-Erbe
parassite
-Nematodi
-Batteri
(fitoplasmi)
Fattori abiotici
-Lumache
-Mammiferi
-Uccelli
Perdite colturali
Fattori biotici
Fattori abiotici
Infestanti
Animali
Patogeni
Temperatura
-Monocot.
-Insetti
-Funghi
-Caldo
-Dicot.
-Acari
-Freddo
-Erbe
parassite
-Nematodi
-Batteri
(fitoplasmi)
-Lumache
-Mammiferi
-Uccelli
-Gelo
Perdite colturali
Fattori biotici
Fattori abiotici
Infestanti
Animali
Patogeni
Acqua
Temperatura
-Monocot.
-Insetti
-Funghi
-Siccità
-Caldo
-Dicot.
-Acari
-Allagamento
-Freddo
-Erbe
parassite
-Nematodi
-Batteri
(fitoplasmi)
-Lumache
-Mammiferi
-Uccelli
-Gelo
Perdite colturali
Fattori biotici
Infestanti
Animali
Patogeni
-Monocot.
-Insetti
-Funghi
-Dicot.
-Acari
-Erbe
parassite
-Nematodi
-Batteri
(fitoplasmi)
-Lumache
Fattori abiotici
Sostanze
nutrienti
-Carenza
Acqua
Temperatura
-Siccità
-Caldo
-Allagamento
-Freddo
-Eccesso
-Mammiferi
Sostanze
tossiche
-Uccelli
-Osmosi
-Inibizione
-Gelo
Perdite colturali
Fattori biotici
Fattori abiotici
Infestanti
Animali
Patogeni
Luce
-Monocot.
-Insetti
-Funghi
-Carenza
-Dicot.
-Acari
-Eccesso
-Erbe
parassite
-Nematodi
-Batteri
(fitoplasmi)
-Lumache
Sostanze
nutrienti
-Carenza
Acqua
Temperatura
-Siccità
-Caldo
-Allagamento
-Freddo
-Eccesso
-Mammiferi
Sostanze
tossiche
-Uccelli
-Osmosi
-Inibizione
-Gelo
Perdite colturali
Fattori biotici
Fattori abiotici
Infestanti
Animali
Patogeni
-Monocot.
-Insetti
-Funghi
-Carenza
-Dicot.
-Acari
-Eccesso
-Erbe
parassite
-Nematodi
-Batteri
(fitoplasmi)
-Lumache
Ferite
Luce
Sostanze
nutrienti
-Carenza
Acqua
Temperatura
-Siccità
-Caldo
-Allagamento
-Freddo
-Eccesso
-Mammiferi
Sostanze
tossiche
-Uccelli
-Osmosi
-Inibizione
-Gelo
Perdite colturali
Fattori biotici
Infestanti
Animali
Patogeni
-Monocot.
-Insetti
-Funghi
-Dicot.
-Acari
-Erbe
parassite
-Nematodi
-Batteri
(fitoplasmi)
-Lumache
Fattori abiotici
Virus/ Ferite
viroidi*
Luce
-Carenza
-Eccesso
Sostanze
nutrienti
-Carenza
Acqua
Temperatura
-Siccità
-Caldo
-Allagamento
-Freddo
-Eccesso
-Mammiferi
Sostanze
tossiche
-Uccelli
-Osmosi
-Inibizione
-Gelo
Perdite colturali
Fattori biotici
Infestanti
Animali
Patogeni
-Monocot.
-Insetti
-Funghi
-Dicot.
-Acari
-Erbe
parassite
-Nematodi
-Batteri
(fitoplasmi)
Fattori abiotici
Virus/ Ferite
viroidi*
-Lumache
Luce
-Carenza
-Eccesso
Sostanze
nutrienti
-Carenza
Acqua
Temperatura
-Siccità
-Caldo
-Allagamento
-Freddo
-Eccesso
-Mammiferi
Sostanze
tossiche
-Uccelli
-Osmosi
-Inibizione
* I virus non sono considerati organismi viventi, ma di
solito vengono classificati tra i fattori di stress biotico
-Gelo
Perdite colturali
Fattori biotici
Infestanti
Animali
Patogeni
-Monocot.
-Insetti
-Funghi
-Dicot.
-Acari
-Erbe
parassite
-Nematodi
-Batteri
(fitoplasmi)
Fattori abiotici
Virus/ Ferite
viroidi*
-Lumache
Luce
-Carenza
-Eccesso
Sostanze
nutrienti
-Carenza
Acqua
Temperatura
-Siccità
-Caldo
-Allagamento
-Freddo
-Eccesso
-Mammiferi
Sostanze
tossiche
-Uccelli
-Osmosi
-Inibizione
* I virus non sono considerati organismi viventi, ma di
solito vengono classificati tra i fattori di stress biotico
-Gelo
Perdite di produzione potenziale ed attuale cumulative per le principali colture (frumento, riso,
mais, orzo, patata, soia, barbabietola e cotone) nel periodo 1996-1998 per le cause di tipo
biotico.
*Efficacia = perdita potenziale evitata.
Reazione della EPSP sintasi
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2
O PO
-2 O P O
3
OH
3
OH
Shikimato-3-fosfato
2
COO
-
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
2
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
OH
3
OH
Shikimato-3-fosfato
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
OH
3
OH
Shikimato-3-fosfato
CH
2
-2
O PO
O
3
OH
COO
-
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
3-enolpiruvil-3-shikimato
-fostato (EPSP)
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
OH
3
OH
Shikimato-3-fosfato
CH
2
-2
O PO
O
3
OH
COO
-
Trp
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
-fostato (EPSP)
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
OH
3
OH
CH
corismato
2
-2
O PO
O
3
COO
-
OH
Shikimato-3-fosfato
Phe
Tyr
Indispensabile per la sintesi degli aa aromatici
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
-fostato (EPSP)
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
OH
3
OH
Trp
CH
corismato
2
-2
O PO
O
3
COO
-
OH
Shikimato-3-fosfato
Phe
Tyr
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
-fostato (EPSP)
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
CH
corismato
2
-2
OH
3
Trp
O PO
O
3
OH
COO
-
OH
Shikimato-3-fosfato
H
2-
O3P
N
Glifosate
COO
-
Phe
Tyr
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
-fostato (EPSP)
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
CH
corismato
2
-2
OH
3
Trp
O PO
O
3
OH
COO
-
OH
Shikimato-3-fosfato
H
2-
O3P
N
Glifosate
COO
-
Phe
Tyr
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
-fostato (EPSP)
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
CH
corismato
2
-2
OH
3
Trp
O PO
O
3
OH
COO
-
OH
Shikimato-3-fosfato
H
2-
O3P
N
Glifosate
COO
-
Phe
Tyr
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
Il glifosate assomiglia a parte
dello Shikimato-3-fosfato
CH
-
COO
-2 O P O
3
-fostato (EPSP)
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
CH
corismato
2
-2
OH
3
Trp
O PO
O
3
OH
COO
-
OH
Shikimato-3-fosfato
H
2-
O3P
N
Glifosate
COO
-
Phe
Tyr
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
-fostato (EPSP)
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
CH
-2
O PO
COO
-
OH
inibisce la EPSP sintasi
H
2-
O3P
N
Glifosate
O
3
OH
Shikimato-3-fosfato
corismato
2
OH
3
Trp
COO
-
Phe
Tyr
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
-fostato (EPSP)
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
CH
-2
O PO
COO
-
OH
H
2-
O3P
N
Glifosate
O
3
OH
Shikimato-3-fosfato
corismato
2
OH
3
Trp
COO
-
Phe
Tyr
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
-fostato (EPSP)
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
CH
-2
O PO
O
3
OH
Shikimato-3-fosfato
corismato
2
OH
3
Trp
COO
-
OH
H
2-
O3P
N
COO
-
Phe
Glifosate
Interagisce con l’enzima in modo non competitivo e ne riduce l’attività
Tyr
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
-fostato (EPSP)
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
CH
-2
O PO
O
3
OH
Shikimato-3-fosfato
corismato
2
OH
3
Trp
COO
-
OH
H
2-
O3P
N
COO
-
Phe
Glifosate
Viene decomposto relativamente velocemente a CO2, NH3 e fosfato
Tyr
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
-fostato (EPSP)
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
CH
-2
O PO
O
3
OH
Shikimato-3-fosfato
corismato
2
OH
3
Trp
COO
-
OH
H
2-
O3P
N
COO
-
Phe
Glifosate
Non percola in falda (rimane legato alle particelle del terreno)
Tyr
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
CH
-
COO
-2 O P O
3
-fostato (EPSP)
2
COO
-
COO
-
EPSP sintasi
-2
O PO
CH
-2
O PO
O
3
OH
Shikimato-3-fosfato
corismato
2
OH
3
Trp
COO
-
OH
H
2-
O3P
N
COO
-
Phe
Glifosate
Non percola in falda (rimane legato alle particelle del terreno)
Poco tossico (LD50glifosate >>LD50NaCl)
Tyr
Soia RR trattata con glifosate
Immagine per gentile concessione del Centro Agricolo dell’Università Statale della Luisiana (LS,
USA).
a
b
(a) Stocco di mais con una larva di piralide all’interno. (b) Particolare di spiga di
mais matura con rosure ed escrementi di piralide e infestazione da Fusarium.
a
b
d
c
c
(a) Larve e (b) adulto di Diabrotica. (c) Danni alle
radici e (d) piante allettate di mais. Immagine cortesia
(a) Scott Bauer, USDA Agricultural Research Service,
Bugwood.org; (b) L. Nuccitelli, Servizio Fitosanitario
del Lazio.
Benefici e rischi
Mais convenzionale (a sinistra) con evidenti rosure da piralide e
infestazioni di fusarium. Il mais Bt (a destra) risulta più sano.
Fumonisine
(mg/kg)
Paese
Italia
Francia
Turchia
Anno Mais Bt
Conv.
1997
2,0
19,8
1998
5,4
31,6
1999
1,4
3,9
1997
2,0
20,0
2005
0,05
6,0
2005
0,3
6,1
2006
0,4
5,6
2001
2,5
16,5
2002
0,7
14,7
Livello di fumonisine in mais Bt e convenzionale in alcune prove
sperimentali eseguite in Italia, Francia e Turchia in diversi anni.
20
Produzione e resa del cotone in India (1990-2010)
18
dati FAO
16
Cotone o fibra (Mt)
14
12
10
8
6
4
2
0
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
20
18
dati FAO
16
Produzione cotone (Mt)
Cotone o fibra (Mt)
14
12
10
8
6
4
2
0
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
20
18
dati FAO
16
Cotone o fibra (Mt)
14
12
10
8
6
4
2
0
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
20
18
dati FAO
16
Cotone o fibra (Mt)
14
12
Area (Mha)
10
8
6
4
2
0
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
20
18
dati FAO
16
Cotone o fibra (Mt)
14
12
Area (Mha)
10
8
6
4
2
0
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
20
18
dati FAO
16
Cotone o fibra (Mt)
14
12
Area (Mha)
10
8
6
4
2
Fibra di cotone (Mt)
0
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
20
18
dati FAO
16
Cotone o fibra (Mt)
14
12
Area (Mha)
10
8
6
4
2
0
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
20
18
dati FAO
16
Cotone o fibra (Mt)
14
12
Area (Mha)
10
8
Resa fibra
6
4
2
0
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
20
18
dati FAO
16
Cotone o fibra (Mt)
14
12
Area (Mha)
10
8
Resa fibra
6
4
2
0
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
20
18
6
dati FAO
16
12
4
Area (Mha)
10
8
Resa fibra
6
2
4
2
0
1988
0
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
Resa fibra (q.li/ha)
Cotone o fibra (Mt)
14
20
18
6
dati FAO
16
12
4
Area (Mha)
10
8
Resa fibra
6
2
4
2
0
1988
0
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
Per i dati di produzione, superficie e resa di ogni coltura e
nazione: http://faostat.fao.org/site/567/default.aspx#ancor
2004
2006
2008
2010
Cotone o fibra (Mt)
14
20
18
6
dati FAO
16
12
4
Area (Mha)
10
8
Resa fibra
6
2
Cotone o fibra (Mt)
14
4
2
0
1988
0
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
La produttività del cotone in India è più che raddoppiata con l’avvento del cotone Bt
20
18
6
dati FAO
16
12
4
Area (Mha)
10
8
Resa fibra
6
2
Cotone o fibra (Mt)
14
4
2
0
1988
0
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
La produttività del cotone in India è più che raddoppiata con l’avvento del cotone Bt
Rese massime, medie e perdite di produttività delle maggiori colture.
Valori in t/ha; % riferite alla resa massima.
Rese in q/ha del mais
110
USA (1876-2010)
(dati USDA)
q/ha
83
55
28
0
1860
1899
1938
1976
2015
120
Italia (1921-2009)
(dati ISTAT)
q/ha
90
60
30
0
1860
110
1899
1938
1976
2015
1938
1976
2015
USA (1876-2010)
(dati USDA)
q/ha
83
55
28
0
1860
1899
120
Italia (1921-2009)
(dati ISTAT)
q/ha
90
60
30
0
1860
110
1899
1938
1976
2015
1938
1976
2015
USA (1876-2010)
(dati USDA)
q/ha
83
55
28
0
1860
1899
120
Italia (1921-2009)
(dati ISTAT)
q/ha
90
60
30
0
1860
110
1899
1938
1976
2015
1938
1976
2015
USA (1876-2010)
(dati USDA)
q/ha
83
55
28
0
1860
1899
120
Italia (1921-2009)
(dati ISTAT)
q/ha
90
60
30
0
1860
110
1899
1938
1976
2015
1938
1976
2015
USA (1876-2010)
(dati USDA)
q/ha
83
55
28
0
1860
1899
}
120
Italia (1921-2009)
(dati ISTAT)
q/ha
90
60
30
0
1860
110
1899
1938
1976
2015
1938
1976
2015
USA (1876-2010)
(dati USDA)
q/ha
83
55
28
0
1860
1899
}
120
Italia (1921-2009)
(dati ISTAT)
q/ha
90
60
30
0
1860
110
1899
1938
1976
2015
1938
1976
2015
USA (1876-2010)
(dati USDA)
q/ha
83
55
28
0
1860
1899
} = ~35 q/ha
120
Italia (1921-2009)
(dati ISTAT)
q/ha
90
60
30
0
1860
110
1899
1938
1976
2015
1938
1976
2015
USA (1876-2010)
(dati USDA)
q/ha
83
55
28
0
1860
1899
} = ~35 q/ha
120
Italia (1921-2009)
(dati ISTAT)
q/ha
90
60
30
0
1860
110
1899
1938
1976
2015
1 Mha x 35 q/ha =
USA (1876-2010)
(dati USDA)
q/ha
83
55
28
0
1860
1899
1938
1976
2015
} = ~35 q/ha
120
Italia (1921-2009)
(dati ISTAT)
q/ha
90
60
30
0
1860
110
1899
1938
1976
2015
1 Mha x 35 q/ha =
USA (1876-2010)
(dati USDA)
3,5 Mt
q/ha
83
55
28
0
1860
1899
1938
1976
2015
} = ~35 q/ha
120
Italia (1921-2009)
(dati ISTAT)
q/ha
90
60
30
0
1860
110
1899
1938
1976
2015
1 Mha x 35 q/ha =
USA (1876-2010)
(dati USDA)
3,5 Mt
q/ha
83
a 250* "/t !
55
28
0
1860
1899
1938
1976
2015
} = ~35 q/ha
120
Italia (1921-2009)
(dati ISTAT)
q/ha
90
60
30
0
1860
110
1899
1938
1976
2015
1 Mha x 35 q/ha =
USA (1876-2010)
(dati USDA)
3,5 Mt
q/ha
83
a 250* "/t !
55
28
*prezzo a Sett. 2012
0
1860
1899
1938
1976
2015
} = ~35 q/ha
120
Italia (1921-2009)
(dati ISTAT)
q/ha
90
60
30
0
1860
110
1899
1938
1976
2015
1 Mha x 35 q/ha =
USA (1876-2010)
(dati USDA)
3,5 Mt
q/ha
83
a 250* "/t ! 875 M"
55
28
*prezzo a Sett. 2012
0
1860
1899
1938
1976
2015
Chicchi di riso convenzionale (a sinistra) e Golden rice (a destra).
Immagine per gentile concessione del prof. I. Potrykus, Svizzera.
Varietà transgenica di mais arricchito in provitaminaA, folato e ascorbato (in basso) e
varietà convenzionale (in alto). A fianco i rispettivi chicchi in sezione.
Arabidopsis: una sconosciuta
Pianta giovane
infiorescenza
Fiore
Un poco di vocabolario
1
sepali
1
sepali
2
petali
1
sepali
2
3
petali
stami
1
sepali
2
3
petali
stami
4
carpelli
Crisi di identità
Crisi di identità
Mutante: Apetala
Crisi di identità
Mutante: Apetala
Petalo ! fiore
Crisi di identità
Mutante: Apetala
Petalo ! fiore
Sepalo ! fogliolina
Qualche problema in più
Pistillata
Apetala3
petali ! sepali
petali ! sepali
stami ! carpelli
stami ! carpelli
Immagini cortesia di L. Colombo (Unimi)
Agamous
stami ! petali
carpelli ! fiore
1
2
3
4
B
A
sepali
petali
C
stami
carpelli
1
2
3
4
B
A
sepali
C
stami
petali
1
2
carpelli
3
4
B
C
A
carpelli
stami
stami
carpelli
1
2
3
4
B
A
sepali
C
stami
petali
1
2
carpelli
3
4
B
C
A
carpelli
stami
stami
carpelli
1
2
3
4
B
A
sepali
C
stami
petali
1
2
carpelli
3
4
B
C
A
carpelli
stami
stami
carpelli
1
2
3
4
B
A
sepali
C
stami
petali
1
2
carpelli
3
4
B
C
A
carpelli
stami
stami
carpelli
DOPPIO MUTANTE nei geni di
classe B e C
1
2
3
4
B
A
sepali
C
sepali
sepali
sepali
classe B e C
1
2
x
3
B
A
sepali
sepali
4
x
C
sepali
sepali
classe B e C
1
2
x
3
B
A
sepali
sepali
4
x
C
sepali
sepali
1
2
3
4
B
A
sepals
C
petals
1
stamens
2
carpels
3
4
B
A
sepals
C
petals
petals
new flower
1
2
3
4
B
A
sepals
C
petals
1
stamens
2
carpels
3
4
B
A
C
A
sepals
petals
petals
new flower
Anche le petunie!
Mutante agamous
E pure il Cavolfiore…
…imitato dall’arabidopsis
Anche i cetrioli hanno dei
Fiore femminile del cetriolo
Uno degli insetti patogeni più aggressivi che danneggiano
le coltivazione dei cetrioli nelle serre (Canada e USA) è
Frankliniela occidentalis (tripide)
Western flower thrips
Frankliniella occidentalis
http://bugguide.net/node/view/252440/bgimage
Ciclo vitale di Frankliniella occidentalis
uova
Adulto
Larve
Pupe
uova
Adulto
Larve
Fiore femminile
Pupe
" Incontro
" Accoppiamento
uova
Adulto
Larve
Fiore femminile
Pupe
" Incontro
" Accoppiamento
uova
Adulto
Larve
Fiore femminile
Pupe
Mutante Green petals: B (CUM26)
B
A
S
1
S
2
C
--C
3
4
Petali ! sepali
Mutante Green petals: B (CUM26)
B
A
S
1
S
2
C
--C
3
4
cum26
Petali ! sepali
Foglie
basali
8000
total
damage
mm2
0
Wild-type
thrips
larvae
wt
gp mutant
0
Foglie
apicali
8000
total
damage
mm2
100
4000
C
200
0
thrips
larvae
100
4000
D
200
wt
gp mutant
0
Foglie
basali
8000
total
damage
mm2
0
Wild-type
thrips
larvae
wt
gp mutant
0
Foglie
apicali
8000
total
damage
mm2
100
4000
C
200
0
thrips
larvae
100
4000
D
200
wt
gp mutant
0
Green petals
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Foglie
basali
8000
total
damage
mm2
0
thrips
larvae
0
Foglie
apicali
8000
total
damage
mm2
100
4000
IVa
200
thrips
larvae
100
4000
0
200
0
conclusione: l’ingegneria genetica è più
mirata, più predicibile, più veloce e meno costosa
come metodo
C
Wild-type
wt
gp mutant
D
wt
gp mutant
Green petals
mutant
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Ticchiolatura del melo
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Schurft_bij_appel_(Venturia_inaequalis_on_Malus_domestica_'Schone_van_Boskoop'.jpg
" S%1F3#2,%(,##*$5*#*N*$+&O$)&#04*1/0$+0)$&#$50#'
" I*-+'/*#$-3+%WG*#J13#,"#JMMP
" X3"5G,Y'31*#2300*-2',"*#$%Z#-'2)'*+*-*#JFICM$
/)*Q*501R$."1(&3&S&#,""P,113
Ticchiolatura del melo
L’ingegneria genetica può aiutare a rendere
l’agricoltura più sostenibile
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Schurft_bij_appel_(Venturia_inaequalis_on_Malus_domestica_'Schone_van_Boskoop'.jpg
" S%1F3#2,%(,##*$5*#*N*$+&O$)&#04*1/0$+0)$&#$50#'
" I*-+'/*#$-3+%WG*#J13#,"#JMMP
" X3"5G,Y'31*#2300*-2',"*#$%Z#-'2)'*+*-*#JFICM$
/)*Q*501R$."1(&3&S&#,""P,113
Girasole tollerante agli erbicidi
1.
2.
3.
4.
Cross-breeding con parenti selvatici – SI
Flusso genico verso varietà sensibili – SI
Usa meno erbicida – NO; ma imazamox può persistere
nel suolo. Spesso si raccomanda di non crescere
varietà sensibili 21 mesi dopo l’uso dell’erbicida. Per di
più, la resistenza a questo erbicida insorge
velocemente, spesso dopo 4 o 5 trattamenti. Questo
comporta un aumento nell’uso dell’erbicida.
Invasione dell’ambiente – SI , il girasole coltivato ha
caratteristiche infestanti. Si trova non solo lungo le
strade e i margini dei campi come la colza, ma anche
distante da sorgenti di semi. Stabilisce popolazioni
persistenti in ambiente selvatico
Due metodi,
un risultato
E’ una varietà resistente agli erbicidi ottenuta mediante metodi classici e pertanto non
è controllata per la pericolosità ambientale (come invece accade per le piante GM).
http://www.ars.usda.gov/is/AR/archive/jan05/sunflower0105.htm
Girasole tollerante agli erbicidi
350,000 acri coltivati quest’anno negli USA
1.
2.
3.
4.
Cross-breeding con parenti selvatici – SI
Flusso genico verso varietà sensibili – SI
Usa meno erbicida – NO; ma imazamox può persistere
nel suolo. Spesso si raccomanda di non crescere
varietà sensibili 21 mesi dopo l’uso dell’erbicida. Per di
più, la resistenza a questo erbicida insorge
velocemente, spesso dopo 4 o 5 trattamenti. Questo
comporta un aumento nell’uso dell’erbicida.
Invasione dell’ambiente – SI , il girasole coltivato ha
caratteristiche infestanti. Si trova non solo lungo le
strade e i margini dei campi come la colza, ma anche
distante da sorgenti di semi. Stabilisce popolazioni
persistenti in ambiente selvatico
Due metodi,
un risultato
E’ una varietà resistente agli erbicidi ottenuta mediante metodi classici e pertanto non
è controllata per la pericolosità ambientale (come invece accade per le piante GM).
http://www.ars.usda.gov/is/AR/archive/jan05/sunflower0105.htm
Varietà CLEARFIELD
(frumento) approvata dall’agenzia canadese il 20-03-2003
I. Brief Identification of Plant with Novel Traits (PNT)
Designation(s) of the PNT: CLEARFIELD™ wheat line AP602CL
Applicant: BASF Canada
Plant Species: Wheat (Triticum aestivum)
Novel Traits: Tolerance to imazamox, an imidazolinone herbicide
Trait Introduction Method: Chemically induced seed mutagenesis
Proposed Use: Production of wheat for livestock feed and human food.
E’ una varietà resistente agli erbicidi ottenuta mediante mutagenesi chimica!
http://www.inspection.gc.ca/english/plaveg/bio/dd/dd0344e.shtml
Perchè si obbietta agli OGM ma non a queste varietà?
Prima della coltivazione
occorre ottenere un permesso
sulla base di documentazione
Immagini cortesia di A. McHughen (Canada)
Varietà convenzionale
Varietà transgenica
Mycotoxins are one of the major problems of maize cultivation
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Fungi can infect maize seeds
from pre-harvest to post-harvest storage
European corn borer
larva in a maize stalk
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European corn borer
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Libri,siti e documenti utili
•
“OGM o non OGM? Come comportarsi con gli alimenti
geneticamente modificati” di A. McHughen, Centro scientifico Editore
• FAQ R. Lombardia http://www.siga.unina.it/circolari/Fascicolo_OGM.pdf
• Consensus document http://www.aissa.it/Consensus2006.pdf
•
•
Consensus Sicurezza http://www.siga.unina.it/circolari/Consensus_ITA.pdf
http://www.salmone.org/
•
•
http://www.biotecnologiebastabugie.blogspot.com/
http://www.nap.edu/openbook.php?isbn=0309092094
•
http://www.accademiaxl.it/documenti_pdf/Sintesi%20del%20Rapporto.pdf
•
http://www.accademiaxl.it/documenti_pdf/Le%20Biotecnologie.pdf
Bibliografia
Storia dell’agricoltura:
* Bruce Smith “The emergence of Agriculture” (Ed. Scientific Am.)
* J. Diamond “Guns, germs and steel” (tr. it.: “Armi acciao e malattie” Einaudi)
Debolezza delle piante coltivate: Crawley at al, 2001, Nature 409:682-3
Creso: L’informatore Agrario (1984) n.25, pag. 39-46
Per i metodi usati nello sviluppo delle piante agrarie: qualsiasi manuale di
miglioramento genetico, manuale di colture cellulari
Esemi di incroci tra specie distanti: Goodman RM et al., Gene transfer in
crop improvement. Science 1987, 236:48-54
Alcune diapositive sono opera del Dr. B. R. Thomas reperibili a:
http://sbc.ucdavis.edu/outreach/lecture/
biolink_06_2001/thomas/thomas_06_2001.htm

Prof Morandini

Transcript

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