La rivoluzione dei semi senza sesso / The revolution of the seeds without sex

La rivoluzione dei semi senza sessoThe revolution of the seeds without sex


Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa



Imtiyaz Khanday e Venkatesan Sundaresan con il riso apomittico nella serra dell’Università della California a Davis /  Imtiyaz Khanday and Venkatesan Sundaresan with apomictic rice at the University of California's greenhouse in Davis(Karin Higgins/UC Davis)

La tecnica di editing genetico CRISPR segna un altro importantissimo successo: lo sviluppo di una varietà di riso capace di riprodursi in modo asessuato attraverso semi che sono cloni geneticamente identici. Il risultato consentirà di avere piante con caratteristiche superiori capaci di produrre semi identici a loro stesse e di riciclare parte dei semi di ogni raccolto, senza penalizzazioni sul piano della resa.

Per fare un seme ci vuole un frutto, così cantavamo da bambini. Poi a scuola ci hanno insegnato che il seme contiene un embrione, e che per farlo ci vuole un’ovocellula fecondata dal polline.

Il sogno dei genetisti agrari, però, è sempre stato di riuscire a produrre i semi usando soltanto la cellula madre. Ebbene questo sogno si è realizzato: un gruppo guidato da Venkatesan Sundaresan, dell’Università della California a Davis, ha annunciato su "Nature" di aver sviluppato una varietà di riso capace di riprodursi efficientemente in modo asessuato. Attraverso semi che sono cloni geneticamente identici e vengono definiti “apomittici”.

Chiariamo subito che non si tratta di un exploit fine a se stesso, né di una semplice curiosità botanica. Questo balzo in avanti ci avvicina all’agricoltura del futuro, perché facilita enormemente il lavoro a chi cerca di migliorare le piante di interesse agrario, per aumentarne la produttività e la resistenza agli stress, anche nel sud del mondo. Potrebbe valere miliardi di euro all’anno.


" Si tratta di un risultato rivoluzionario, che apre la strada dell’apomissia nelle specie sessuali”, conferma Emidio Albertini, che studia la genetica e l’evoluzione di questa modalità di riproduzione asessuata all’università di Perugia.

Questo fenomeno accade naturalmente in circa 400 specie, sia mono che dicotiledoni, ma non si verifica in nessuna delle piante coltivate dall’uomo, che necessitano sempre della riproduzione sessuale. Eppure per gli agricoltori sarebbe utilissimo disporre di piante con caratteristiche superiori capaci di produrre semi identici a loro stesse.


“Non tutti sanno che molte varietà sono commercializzate sotto forma di ibridi. Gli agricoltori non possono utilizzare i semi prodotti da queste piante, perché otterrebbero una progenie molto variabile a causa della ricombinazione genetica legata alla riproduzione sessuale, perdendo il vigore degli ibridi”, spiega Albertini.


Per questo da molti decenni è pratica comune rifornirsi di seme ogni anno. L’apomissia invece consentirebbe di riciclare parte dei semi di ogni raccolto, senza penalizzazioni sul piano della resa. Non c’è da stupirsi che sia stata definita il Santo Graal della genetica agraria.

Ma come sono riusciti Sundaresan e colleghi a indurla nel riso?

I ricercatori hanno raggiunto il risultato intervenendo, per prima cosa, sull’espressione di un gene detto Baby Boom1, che consente agli embrioni di svilupparsi senza fecondazione. Peccato che gli embrioni così prodotti abbiano soltanto la metà dei cromosomi rispetto alla pianta madre. Per risolvere il problema, dunque, è stato necessario eliminare la meiosi, ovvero il processo di divisione che dimezza il patrimonio genetico delle cellule sessuali.



Alcune varietà di riso. La riproduzione asessuata avviene naturalmente in circa 400 specie vegetali, ma in nessuna delle piante coltivate /  Some varieties of rice. Asexual reproduction occurs naturally in about 400 plant species, but in none of the cultivated plants (SPL/AGF)

Il sistema per farlo è stato scoperto in Francia da Raphael Mercier, che firma anche questo lavoro. È detto MiMe (una sigla che sta per “mitosi invece di meiosi”) e si basa sull’inattivazione di tre geni. CRISPR ha consentito di metterli fuori uso tutti e tre in un colpo solo, producendo linee mutanti capaci di produrre figli e nipoti perfettamente uguali.

“Senza CRISPR, utilizzando solo gli incroci, riunire insieme tutte queste caratteristiche genetiche sarebbe stato un processo lungo e faticoso”, nota Albertini. L’efficienza del sistema è migliorabile ma già molto buona: i semi apomittici, nel migliore dei casi, sfiorano il 30% della progenie. Tecnicamente si tratta di piante OGM, per le modalità di intervento utilizzate sul gene Baby Boom1, ma è probabile che lo stesso obiettivo possa essere raggiunto usando soltanto l’editing genomico, senza la classica ingegneria genetica.

Ci sono altri geni candidati, che vengono studiati per decifrare la genetica dell’apomissia, a cominciare da Apostart, che è al centro di una collaborazione tra l’Università di Perugia e quella dell’Arizona. Ma la combinazione BabyBoom1-MiMe d’ora in poi sarà la strada maestra. “Si uniranno in tanti, è la svolta che stavamo aspettando. E dopo il riso, il prossimo obiettivo sarà il mais”, prevede Albertini.


ENGLISH

The CRISPR genetic editing technique marks another very important success: the development of a variety of rice capable of reproducing in an asexual way through seeds that are genetically identical clones. The result will allow plants with superior characteristics capable of producing seeds identical to themselves and to recycle part of the seeds of each crop, without penalizing the yield.

To make a seed it takes a fruit, so we sang as a child. Then at school they taught us that the seed contains an embryo, and that to do so it takes an egg-shaped fertilizer from pollen.

The dream of agrarian geneticists, however, has always been to be able to produce seeds using only the mother cell. Well this dream came true: a group led by Venkatesan Sundaresan, of the University of California at Davis, announced in "Nature" that he had developed a variety of rice capable of reproducing efficiently in an asexual manner. Through seeds that are genetically identical clones and are called "apomictic".

We immediately clarify that this is not an end to itself, nor a simple botanical curiosity. This leap forward brings us closer to the agriculture of the future, because it greatly facilitates the work of those looking to improve plants of agricultural interest, to increase productivity and resistance to stress, even in the southern hemisphere. It could be worth billions of euros a year.

"This is a revolutionary result, which opens the path of apomixis in sexual species", confirms Emidio Albertini, who studies the genetics and evolution of this mode of asexual reproduction at the University of Perugia.

This phenomenon occurs naturally in about 400 species, both mono and dicotyledons, but it does not occur in any of the plants cultivated by man, which always require sexual reproduction. Yet for farmers it would be very useful to have plants with superior characteristics capable of producing seeds identical to themselves.

"Not everyone knows that many varieties are marketed in the form of hybrids. Farmers can not use the seeds produced by these plants, because they would obtain a very variable progeny due to the genetic recombination linked to sexual reproduction, losing the vigor of the hybrids ", explains Albertini.

For this reason, it has been common practice to obtain seed every year for many decades. Apomixia, on the other hand, would allow to recycle part of the seeds of each harvest, without penalizing the yield. No wonder the Holy Grail of agricultural genetics has been defined.

But how did Sundaresan and colleagues succeed in inducing her in laughter?


The researchers achieved the result by first intervening on the expression of a gene called Baby Boom1, which allows the embryos to develop without fertilization. Too bad that the embryos produced in this way have only half the chromosomes compared to the mother plant. To solve the problem, therefore, it was necessary to eliminate the meiosis, or the division process that halves the genetic heritage of the sexual cells.
The system to do this was discovered in France by Raphael Mercier, who also signs this work. It is called MiMe (an abbreviation that stands for "mitosis instead of meiosis") and is based on the inactivation of three genes. CRISPR has allowed us to put them out of use in one fell swoop, producing mutant lines capable of producing perfectly equal children and grandchildren.

"Without CRISPR, using only intersections, bringing all these genetic characteristics together would have been a long and arduous process," notes Albertini. The efficiency of the system can be improved but already very good: the apomictic seeds, at best, reach 30% of the progeny. Technically it is GMO plants, for the intervention modalities used on the Baby Boom1 gene, but it is probable that the same objective can be achieved using only genomic editing, without the classic genetic engineering.


There are other candidate genes, which are studied to decipher the genetics of apomixis, starting with Apostart, which is at the center of a collaboration between the University of Perugia and that of Arizona. But the BabyBoom1-MiMe combination from now on will be the main road. "Many will come together, it's the turn we've been waiting for. And after the rice, the next target will be corn, "says Albertini.


Da:

http://www.lescienze.it/news/2018/12/13/news/crispr_semi_cloni_apomissia_riso_riproduzione_asessuata-4225196/?ref=nl-Le-Scienze_14-12-2018&refresh_ce

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