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Piano Sementiero Nazionale per lAgricoltura Biologica Presentazione dei risultati del primo anno di attività Roma, 24 maggio 2011 Miglioramento genetico.

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1 Piano Sementiero Nazionale per lAgricoltura Biologica Presentazione dei risultati del primo anno di attività Roma, 24 maggio 2011 Miglioramento genetico ed ampliamento della base genetica delle specie coltivate per lagricoltura biologica Laura Nanni nellambito del Programma di Azione Nazionale per lAgricoltura Biologica e i Prodotti Biologici

2 Miglioramento genetico e ampliamento della base genetica del fagiolo e fagiolino per lagricoltura biologica e avvio di un programma di miglioramento genetico partecipativo collaborazioni con: Prof.ssa Giovanna Attene – Dipartimento di Scienze Agronomiche e Genetica Vegetale Agraria - Università degli Studi di Sassari UNISS Dott. Bruno Campion CRA di Montanaso Lombardo CRA AIAB (Associazione Italiana per lAgricoltura Biologica)

3 Nuova varietà Variabilità genetica Selezione Incroci La variabiltà è il motore che spinge il miglioramento genetico verso le sfide future LIncremento della produzione agricola dovrà derivare principalmente da un aumento sostenibile di produttività dei sistemi agricoli.

4 I sistemi di agricoltura sostenibile implicano un utilizzo più ampio della diversità genetica delle colture e degli agro-ecosistemi. Nuova variabilità genetica Agro-ecosistemi più diversificati La diversità si è ridotta notevolmente in seguito al processo di domesticazione e al miglioramento genetico moderno

5 Colli di bottiglia Diversità tempo (anni) - selezione + mutazione Elite >> Landraces >> Forme selvatiche >> Specie selvatiche speciazione domesticazione breeding 100

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7 Interazione genotipo- ambiente Nei sistemi agricoli sostenibili sono più diversificati gli ambiti produttivi ed emerge lesigenza di avere un quadro varietale altrettanto diversificato. Linterazione genotipo x ambiente assume particolare rilevanza e la selezione per adattamenti specifici diviene più importante che in agricoltura convenzionale. Nuovi caratteri L'adozione di nuove pratiche agronomiche e lo sviluppo di nuovi agro-ecosistemi implica che nuovi caratteri devono essere oggetto dei programmi di miglioramento genetico

8 Pool genico secondario e terziario Germoplasma non adattato: Varietà migliorate (es. appartenenti a differenti pool genici) Varietà locali Forme selvatiche Pool genico primario Specie selvatiche Altre Specie Fonti di diversità genetica Velocità Facilità Effetto Germoplasma adattato: varietà migliorate Diversità Genetica Miglioramento Genetico E quindi cruciale, per pianificare una efficiente utilizzazione della diversità genetica nel miglioramento genetico delle piante coltivate, un approfondita conoscenza della struttura della diversità genetica delle specie su cui si intende operare PRESUPPOSTO

9 Nellottica di un agricoltura sostenibile, il ruolo dellintrogressione di nuove varianti genetiche dalle varietà locali e dai progenitori selvatici è considerato un fattore chiave per un miglioramento genetico di successo

10 Introgressione di tre diversi segmenti genomici del parentale selvatico in pomodoro Lincremento produttivo e risultato pari al 50% rispetto al migliore ibrido commerciale.

11 X Domesticato cultivar E6203 Selvatico (L. hirsutum) Progenie

12 Utilizzo di germoplasma non adattato Problemi Dominanza di gran parte degli alleli selvatici Presenza nelle forme selvatiche di molte caratteristiche sfavorevoli Presenza di vari livelli di incompatibilità Elevato livello di distorsione della segregazione che limita lentità dellintrogressione dalle forme selvatiche

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14 Genomics (and other …omics), bioinformatics Molecular marker technology UTILIZZATI per una efficiente ed accurata detection e caratterizzazione dei prodotti dellintrogressione Wheat 7A (Rice ) Marcatori associati a geni e QTLs di importanza agronomica

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16 E necessario promuovere unattività sistematica di introgressione di geni dalle forme selvatiche e dalle varietà locali nelle varietà migliorate al fine di: Sviluppare materiale genetico per le aziende sementiere Identificare la base genetica della variazione fenotipica per caratteri di interesse

17 Obiettivo delliniziativa: migliorare le caratteristiche produttive, di adattamento e qualitative delle cultivar utilizzate nellagricoltura biologica attraverso: a) lutilizzazione della diversità genetica contenuta nelle varietà locali e nei progenitori selvatici delle specie coltivate; b) lo sviluppo e lutilizzazione di metodologie molecolari per la selezione assistita. PROGETTO PILOTA applicato al Phaseolus vulgaris Strumenti: Popolazioni segreganti, metodi di miglioramento genetico basati su selezione fenotipica, prove di progenie e analisi molecolari

18 Dovè localizzata la diversità nel genoma del fagiolo? Nelle regioni che circondano i geni e QTLs della domesticazione nelle forme selvatiche Un elevato numero di geni potenzialmente utili per il miglioramento genetico verosimilmente localizzato in queste regioni selvaticodomesticato Le stesse regioni presentano una diversità estremamente ridotta nelle forme domesticate

19 Come fare per utilizzare tale diversità? shatteringNO shatteringdormienteNON dormiente Rottura dellassociazione fra gli alleli non desiderati e alleli potenzialmente utili nel miglioramento genetico. MIGLIORAMENTO GENETICO Ricombinazione allinterno delle isole della domesticazione MAS Marcatori molecolari per favorire lintrogressione mirata e leliminazione dei geni non desiderati

20 Caratterizzazione di linee di introgressione (ILs) MIDAS x G12873 F9 MIDAS X MG38 F2 F2:F3 F3:F4 RILs MIDAS x F3 F1 BC4F1 BC4F2 F4:F5 F5:F6 F6:F7 Backcross BC4F3 x BC4F4 BC4F5

21 Moltiplicazione invernale stagione invernale ( ) moltiplicazione in serra di linee BC4F5 x 2 prove replicate Totale: 450 piante BC4F6 Valutazione fenotipica per caratteri morfo-fenologici e qualitativi

22 Valutazione molecolare Linee caratterizzate a livello molecolare oltre che fenotipicamente Indicazioni sullassociazione marcatore molecolare - carattere fenotipico - Analisi con 100 marcatori polimorfici - Estrazione del DNA genomico dalle 225 linee in esame

23 La selezione fenotipica e molecolare ha permesso lindividuazione di alcune linee interessanti e promettenti 22 linee sono già state allevate (2010) in un esperimento replicato in pieno campo in condizioni di agricoltura biologica Azienda agraria certificata Biologico e salute Madonna delle Api, Osimo (AN)

24 Valutazione per caratteri morfo-fenologici e selezione per caratteri legati alla produttività 10 linee migliori del parentale domesticato in condizioni di agricoltura biologica

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26 Costituzione di popolazioni segreganti fra forme selvatiche e domesticate Identificazione dei parentali selvatici Analisi di un campione di oltre 100 genotipi selvatici rappresentativo della distruibuzione del P. vulgaris con oltre 300 marcatori polimorfici (AFLP, SSR, cpSSR e SNPs) Samplesize Number of alleles captured Samplesize Number of alleles captured Individuati 12 genotipi rappresentativi di tutta la diversità presente in fagiolo, campionati tutti gli alleli selvatici

27 - Diverse combinazioni dincrocio utilizzando il genotipo domesticato come parentale femminile, i genotipi selvatici come donatori di polline. Realizzazione degli incroci - Allevamento in serra delle accessioni selvatiche in 2 repliche durante linverno (2010) con il parentale domesticato. Attualmente 7 diverse linee F1 sono allevate in serra per effettuare un primo reincrocio col parentale domesticato

28 ILs fonte di geni utili da utilizzare (negli anni successivi) sia direttamente per incroci su diversi background varietali di fagiolo e di fagiolino, sia per combinare diversi loci di interesse in un unico genotipo (piramiding). RISULTATI E PROSPETTIVE Sviluppo di marcatori molecolari di ultima generazione (SNPs - Single nucleotide polimorphisms) per lanalisi e la caratterizzazione dei materiali oggetto di miglioramento genetico Individuare i loci associati alla variazione fenotipica mediante lidentificazione di associazioni significative marcatore-carattere, da utilizzare per la selezione assistita (MAS) Sviluppo di programmi di breeding i cui obiettivi nascano dalle reali esigenze degli agricoltori

29 - Sezione Agronomia e Genetica Agraria Dipartimento SAPROV-UNIVPM Alessandro Giardini, Elena Bitocchi, Elisa Bellucci, Daniela Goretti, Eleonora Biagetti, Laura Nanni - Dipartimento di Scienze Agronomiche e Genetica Vegetale Agraria - Università degli Studi di Sassari Giovanna Attene (Caratterizzazione ILs) - Bruno Campion, CRA di Montanaso Lombardo CRA: (Costituzione Popolazioni Segreganti) - AIAB (Associazione Italiana per lAgricoltura Biologica) (Breeding Partecipativo)


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