Mantenere un’elevata biodiversità comporta sia la conservazione delle specie esistenti (specie protette nel loro ambiente oppure banche dei semi, del polline,

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1 Mantenere un’elevata biodiversità comporta sia la conservazione delle specie esistenti (specie protette nel loro ambiente oppure banche dei semi, del polline, collezioni in vitro e crioconservazione)sia l’induzione di nuove varietà. La biodiversità si protegge anche salvando i semi delle vecchie varietà.

2 E’ possibile mantenere un’elevata biodiversità tramite l’induzione di nuove varietà. Le nuove varietà si ottengono attraverso, la variazione somaclonale e gametoclonale, gli ibridi e l’ingegneria genetica.

3 Quando l’uomo ha compreso il meccanismo dell’impollinazione ha iniziato a sfruttarlo in maniera più scientifica per ottenere nuove varietà. Con l’impollinazione manuale e controllata si incrociano varietà diverse per avere discendenti con le caratteristiche migliori di ciascun genitore. Questo tipo di incrocio viene chiamato ibrido.

4 In realtà tutte le piante esistenti sono frutto di ibridazioni avvenute spontaneamente. Questi ibridi naturali però vengono sottoposti al processo di selezione naturale per cui se non sono adatti alla sopravvivenza non riescono a riprodursi e si estinguono. Se ad esempio nasce un peperone precoce che germina quando le temperature sono ancora troppo basse, questo non avrà speranze di sopravvivere. Con il tempo i caratteri si stabilizzano e rimangono solo gli incroci più adatti alle condizioni ambientali in cui l’ibrido si è sviluppato.

5  In termini agronomici un ibrido è un incrocio derivato da due linee pure o da due ibridi  In termini genetici un ibrido è la prima generazione (F1) derivante da un incrocio di linee pure Le linee pure sono individui che conservano gli stessi caratteri da una generazione all'altra, una linea pura è costituita da individui omozigoti in tutti i loci.

6 Un ibrido ha caratteristiche migliori rispetto alle piante parentali.

7 Ibridi somatici Si ottengono tramite la fusione di due cellule provenienti da organismi di specie diverse. Tramite enzimi litici (pectinasi e cellulasi) viene idrolizzata la parete cellulare e la lamella mediana, si ottengono protoplasti. Protoplasti provenienti da piante diverse si possono indurre a fondersi, utilizzando il glicole polietilenico (PEG) o tramite corrente elettrica, ottenendo così cellule ibride. Colonie di cellule ibride vengono fatte rigenerare per ottenere plantule complete. Es. Pomato, pianta ibrida ottenuta partendo da protoplasti di pomodoro e patata.

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10 Questa tecnica è utile quando il gene che codifica per il carattere selezionato NON è stato clonato, oppure è un carattere poligenico. Dopo la fusione i geni nucleari e citoplasmatici (mitocondriali e dei cloroplasti) vengono rimescolati, possono segregare o ricombinarsi, si ottengono combinazioni geniche nuove. In caso di elevata incompatibilità fra i due genomi, uno dei due prevale (ibrido asimmetrico), viene così conservata solo una parte dell’informazione genetica.

11 Ibridi particolari –I Cibridi

12 Quando la fusione riguarda il genoma nucleare con quello citoplasmatico di pianta di specie diversa, l’ibrido ottenuto si chiama CIBRIDO. Es. il DNA del cloroplasto di Solanum nigrum è stato trasferito al genoma di patata comune (Solanum tuberosum), per ottenere la resistenza al diserbante atrazina. Un cibrido (dall'inglese cybrid, contrazione di cytoplasmic hybrid, cioè ibrido citoplasmatico), è prodotto dalla fusione di un'intera cellula con una cellula senza nucleo.

13 Nel DNA degli organelli sono presenti i geni che danno resistenza agli erbicidi o geni che determinano la sterilità maschile. La sterilità maschile è presente in molte linee ibride ed è perseguita dal punto di vista agronomico perchè aumenta la velocità di crescita e la produttività (eterosi o vigore dell’ibrido ). In campo genetico l'eterosi si riferisce alle migliori qualità (resistenze, migliore produzione) che derivano dall'incrocio tra individui non imparentati

14 Altro vantaggio delle linee ibride è che generalmente sono più resistenti agli stress sia biotici che abiotici rispetto alle linee parentali quasi sempre omozigoti. L'eterozigosi determina il "vigore" dell'ibrido (eterosi) in quanto permette una maggiore variabilità genetica.

15 Quindi, negli ibridi aumenta l’eterosi cioè il vigore in termine di fenotipo ma anche di miglioramento della produttività.

16 Vigore dell’ibrido o eterosi in melanzana.

17 Oltre alla tecnica degli ibridi somatici, per produrre su ampia scala ibridi, è possibile utilizzare i gametocidi per indurre la maschio sterilità e quindi l’eterosi. Tecnica utilizzata per ottenere ibridi di frumento. Il T. aestivum (frumento tenero) ha un alto grado di autofecondazione (fino al 99%). I gametocidi sono prodotti che interferiscono con la gametogenesi maschile o impediscono la disseminazione del polline oppure attivano meccanismi di autoincompatibilità.

18 I gametocidi detti anche agenti chimici ibridizzanti (Chemical Hybridizing Agents, CHA) o soppressori del polline (Chemical Pollen Suppressant, CPS) vengono utilizzati in campi di frumento allo scopo di inibire la formazione di polline vitale nella pianta porta seme o “femminile” e indurre la pianta a compiere l'impollinazione incrociata ed ottenenere così ibridi. Il procedimento è più semplice rispetto alla produzione degli ibridi mediante l'uso della maschio sterilità citoplasmatica (ibridi somatici).

19 Infatti, una volta individuate le piante parentali con caratteristiche migliori, la produzione su larga scala si ottiene seminando in campi isolati la linea maschile e la linea femminile a strisce alternate. Durante le prime fasi della fioritura si irrora con il prodotto gametocida la linea o varietà portaseme, di conseguenza questa deve essere impollinata dal polline proveniente dalle piante non trattate con il gametocida.

20 L’ibridazione delle specie coltivate ha luogo tra varietà, tra varietà e genitori selvatici, tra varietà ed altre specie ed ha come scopo quello di dare luogo a nuove varietà. Es: fragola (fragaria ananassa) specie che poviene dall’incrocio di F.chiloensis (endemica del nord america costa ovest) e F.virginiana (nord america costa est).

21 Es: triticale ottenuto dall’incrocio interspecifico tra il grano duro (triticum durum) e la segale (secale cereale). La prima generazione di questi ibridi era sterile per via di errori di appaiamento dei cromosomi nella meiosi. Tuttavia duplicando il numero dei cromosomi con la colchicina, sono state ottenute piante fertili con più raccolti in un anno e con semi più grandi.

22 Una volta selezionata una specie più produttiva c’è il problema di mantenerla tale nel tempo. Infatti se semi provenienti da autoimpollinazione di un ibrido fossero seminati, le nuove piante avrebbero una notevole diminuzione della resa. Nasce così l’esigenza della propagazione vegetativa talee micropropagazione embriogenesi somatica ginogenesi

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24 Fiore maschile Fiore femminile Il mais è una pianta monoica (sulla stessa pianta sono presenti fiori maschili e femminili). La fecondazione è quasi esclusivamente incrocita

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26 O qualità migliori del frutto

27 Selezione fenotipica Popolazione disomogenea

28  Le piante di una popolazione naturale di mais sono eterozigoti perchè frutto di fecondazione incrociata.  Non è possibile dedurre il genotipo in base al fenotipo (perchè eterozogoti). Si ricorre allora all’incrocio forzato  Le piante di mais sottoposte ad autofecondazione (inbreeding), tendono allo stato omozigote ovvero a generare linee pure o linee inbreed.  Le linee pure omozigoti, se autofecondate, producono individui con ridotto vigore e produttività, processo definito degenerazione da inbreeding. Quindi  L’incrocio di due linee pure determina un maggior vigore degli ibridi o eterosi : gli individui di prima generazione (F1) hanno caratteri migliori dei genitori.

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32 Migliore qualità e quantità delle proteine endospermiche (zeina) – maggiore valore biologico Aumento del contenuto di pigmenti nella granella (xantofille) - migliore alimentazione delle galline ovaiole

33 Anni ’50 esperimento di E.R. Sears Trasferimento di un gene per la resistenza alle ruggini da una pianta selvatica, Aegilops umbellulata, al frumento molto sensibile a questa micosi che crea problemi anche per l’industria della panificazione Ottenimeto di piante di frumento ibride resistenti ad una ruggine

34 Frumento Aegilops umbellulata

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