PARTE SPECIALE 2 - METODI DI SELEZIONE PROGRAMMA PARTE SPECIALE 2 - METODI DI SELEZIONE Generalità sulla selezione Metodi di selezione per piante autogame Metodi di selezione per piante allogame Metodi di selezione per piante a propagazione vegetativa Selezione assistita da marcatori molecolari M.G. per resistenza a stress biotici M.G. per resistenza a stress abiotici M.G. per caratteristiche qualitative

STRESS AMBIENTALI E PER QUALITA’ G L I O R A M E N T O G E N E T I C O P E R R E S I S T E N Z A A STRESS AMBIENTALI E PER QUALITA’ G e n e r a l i t à sugli stress C l a s s i f i c a z i o n e d e i m e c c a n i s m i d i r e s i s t e n z a I n t e r a z i o n e o s p i t e - p a r a s s i t a Il concetto di qualità Esempi di strategie

Perdita dovuta a stress (% della produzione record) GLI STRESS AMBIENTALI Coltura Produzione record t/ha Produzione media t/ha Perdita dovuta a stress (% della produzione record) biotici abiotici Grano 14.5 1.88 5.0 82.0 Orzo 11.4 2.05 6.7 76.7 Soia 7.39 1.61 9.0 69.0 Mais 19.3 4.60 10.1 65.1 Patata 94.1 28.30 18.9 54.9 Barbab. zucch. 121.0 42.60 14.1 50.1 10 miliardi $ /anno per il controllo chimico degli insetti (mondo) 700 milioni $/anno per il controllo chimico degli funghi (USA) 33 miliardi $/anno i costi per la perdita di prodotto (USA)

GLI STRESS ABIOTICI Congelamento Freddo Ossidativo Salinità Siccità Contaminazione Suolo Aria Alte temperature

VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA AL FREDDO IN AVENA AMPIA VARIABILITA’

QTL Quantitative Trait Locus: regione cromosomica contenente un gene o più geni che influenzano un carattere quantitativo P = + = å G E QTL + E i

Stress biotici Costi in termini economici Costi in termini di qualità Alterazione del paesaggio

Femmine e cisti di Globodera spp. su radici di patata G. rostochiensis G. pallida

Danni causati da Ralstonia solanacearum

Danni causati da Fusarium oxysporum

LA RESISTENZA E’ LA REGOLA, LA SUSCETTIBILITA’ E’ L’ECCEZIONE

GLI STRESS BIOTICI - - - - N e l m i g l i o r a m e n t o g e n e t i p e r r e s i s t e n z a a p a r a s s i t i b i s o g n a c o n s i d e r a r e : 1 . a m b i e n t e - d i f f i c i l m e n t e c o n t r o l l a b i l e 2 . v a r i a b i l i t à g e n e t i c a d e l p a r a s s i t a - p a r a s s i t i o b b l i g a t i e p a r a s s i t i f a c o l t a t i v i - r i p r o d u z i o n e s e s s u a l e , m u t a z i o n i ( v i r u s , b a t t e r i ) , e t e r o c a r i o s i che d e t e r m i n a n o l a c o m p a r s a d i v a r i a n t i g e n e t i c h e ( r a z z e , p a t o t i p i , c e p p i ) 3 . v a r i a b i l i t à g e n e t i c a d e l l ’ o s p i t e - s u s c e t t i b i l i t à , r e s i s t e n z a 4 . i n t e r a z i o n e o s p i t e - p a r a s s i t a

LA RESISTENZA R e s i s t e n z a V e r t i c a l e s p e c i f i c a o n f r o n t i d i u n a s p e c i f i a r a z z a / c e p p o ( g e n o t i p o ) d e l p a t o g e n o . I n g e n e r e d o v u t a a 1 o p o c h i g e n i d o m i n a n t i . A d u n s i s t e m a g e n e t i c o d e l l a p i a n t a c o r r i s p o n d e u n s i s t e m a d i v i r u l e n z a / a v i r u l e n z a d e l p a t o g e n o R e s i s t e n z a O r i z z o n t a l e a t t i v a n e i c o n f r o n t i d i t u t t e l e r a z z e / c e p p i ( g e n o t i p i ) d i u n p a t o g e n o . C o n t r o l l a t a d a u n s i s t e m a p o l i g e n i c o a v a r i a b l i t à c o n t i n u a

INTERAZIONE OSPITE-PARASSITA PATOGENO AVR avr AVR avr R R r r (a) (b) (c) (d) PIANTA

LA RESISTENZA R e s i s t e n z a V e r t i c a l e s p e c i f i c a o n f r o n t i d i u n a s p e c i f i a r a z z a / c e p p o ( g e n o t i p o ) d e l p a t o g e n o . I n g e n e r e d o v u t a a 1 o p o c h i g e n i d o m i n a n t i . A d u n s i s t e m a g e n e t i c o d e l l a p i a n t a c o r r i s p o n d e u n s i s t e m a d i v i r u l e n z a / a v i r u l e n z a d e l p a t o g e n o R e s i s t e n z a O r i z z o n t a l e a t t i v a n e i c o n f r o n t i d i t u t t e l e r a z z e / c e p p i ( g e n o t i p i ) d i u n p a t o g e n o . C o n t r o l l a t a d a u n s i s t e m a p o l i g e n i c o a v a r i a b l i t à c o n t i n u a

MIGLIORAMENTO GENETICO Trasformazione genetica Ibridazione sessuale (intra/interspecifica) Selezione assistita (gene pyramiding)

SELEZIONE RICORRENTE a) Valutazione della resistenza e selezione b) Interincrocio tra le progenie da autofecondazione 1 2 3 4 5 6 … n c) Campione di semi da tutte le combinazioni. Valutazione della resistenza e selezione d) Interincrocio tra le progenie da autofecondazione 1 2 3 4 5 6 … n 1 2 3 4 5 6 … n (come sopra) 1 2 3 4 5 6 … n

METODO PEDIGREE MODIFICATO S x R ……….. ………... F1 F2: piante spaziate in campo per selezione caratteri agronomici, in serra per resistenza (o MAS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F3: progenie -fila (ogni fila deriva da una pianta F2 selezionata), in serra per resistenza (o MAS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F4: progenie-fila (ogni fila deriva da una pianta F3 selezionata), in serra per resistenza (o MAS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F5: piante-fila (ogni fila deriva da una pianta F4 selezionata), in serra per resistenza (o MAS) F6: piante-fila, controllo della resistenza …….. F11-F12: varietà resistente valida agronomicamente

STRESS AMBIENTALI E PER QUALITA’ G L I O R A M E N T O G E N E T I C O P E R R E S I S T E N Z A A STRESS AMBIENTALI E PER QUALITA’ G e n e r a l i t à sugli stress C l a s s i f i c a z i o n e d e i m e c c a n i s m i d i r e s i s t e n z a I n t e r a z i o n e o s p i t e - p a r a s s i t a Il concetto di qualità Esempi di strategie

Qualità è un termine frequentemente usato ma raramente definito (Shewfelt, 1999. Postharvest Biol. Technol. 15,197-200)

La qualità nel settore agro-alimentare Fattori attivi Qualità Componenti Varietà coltivate Tecnica agronomica Ambiente di coltivazione Resa Caratteristiche del prodotto Agronomica Resa della trasformazione, caratteristiche del prodotto, rispondenza agli standard Materia prima Processo produttivo Tecnologica Costo, Caratteristiche organolettiche e nutrizionali, reperibilità, aspetto della confezione, caratteristiche igienico- sanitarie Standard aziendali Standard consumatore Standard di legge Commerciale

Fattori che influenzano la qualità Varietà Maturità Pratiche agronomiche Malattie Acqua, suolo e clima Temperatura di conservazione

CONTENUTO TOTALE DI CAROTENOIDI DI IBRIDI 2X SOLANUM PHUREJA - S CONTENUTO TOTALE DI CAROTENOIDI DI IBRIDI 2X SOLANUM PHUREJA - S. STENOTOMUM (Lu et al., 2001) Genotipo µg/100 g FW

Scelta della linea nutrizionalmente migliore MG qualità nel pomodoro 12 linee da mensa e 6 linee resistenti a patogeni Ottenimento di ibridi da diverse combinazioni dei parentali Varie combinazioni di incroci tra linee resistenti a stress biotici e linee selezionate per elevata qualità nutrizionale Scelta della linea nutrizionalmente migliore 24

Gli antiossidanti del pomodoro Carotenoidi (Licopene, b-carotene, Fitotene, Fitofluene) Polifenoli (Flavonoidi, Acidi fenolici) Vitamine Analisi HPLC Analisi Spettrofotometrica Per la valutazione del profilo nutrizionale, relativo soprattutto al contenuto di antiossidanti Oltre alle analisi di routine per la determinazione del…….abbiamo determinato il contenuto di antiox. E abbiamo quantificato singolarmente il.. Attività antiossidante (ABTS; DMPD) Analisi generali: pH, residuo secco, °Brix. 25

Caratterizzazione biochimica-nutrizionale Tra le diverse linee saggiate, la linea MR 48 (ottenuto dall’incrocio P15×Momor) è risultata qualitativamente migliore, mostrando concentrazioni particolarmente interessanti per tutti gli antiossidanti valutati. In particolare il contenuto dei carotenoidi totali e l’attività antiossidante lipofila sono risultati particolarmente elevati rispetto ai valori misurati nelle altre linee. 26

Parametri di scelta Iquan = Licopene b-carotene Altri carot. Vit. E Flavonoidi Ac. Fenolici Vit. C Res. Secco Vx * 20 + * 10 + * 5 + * 15 + * 20 Vopt In questo 2° anno mi sono occupata della valutaz. degli ibridi. I parametri di scelta utilizz per individuare i parentali migliori Sulla base di tali risultati abbiamo costruito un indice nutrizionale che può essere utile per Tale indice, definito….è costruito considerando le 7 variabili che influenzano maggiormente il valore nutriz. del pomodoro, per ciascuna variabile, il suo contenuto, nel campione, la sua concentrazione max (calcolata dai valori riportati in letteratura), il tutto moltiplicato per un fattore, un peso dato che dipende da 2 fattori: il contributo che il pomodoro da al consumo di quel componente, le evidenze degli effetti benefici del consumo di quel componente, la biodisponibilità del componente. Applicando tale formula alle nostre linee abbiamo potuto attribuire un valore nutrizion. Grazie alla formulazione di tale indice correlato alla concentrazione dei diversi antiossidanti presenti è stato possibile effettuare uno screening di tutte le linee e scegliere quelle migliori da combinare tra loro per l’ottenimento degli ibridi. 27