Il nuovo atlante genetico di frumento e orzo

La capacità di adattarsi a diverse condizioni climatiche ha fatto di orzo e frumento due dei cereali più diffusi al mondo, coltivati stabilmente da almeno 8.000 anni, ma con una storia molto più antica. Soltanto di frumento (gen. Triticum, quello che tutti conosciamo come grano), esistono oltre 560.000 varietà, i cui semi sono gelosamente conservati nelle banche mondiali dell'Apocalisse come quella delle Svalbard.

Il frumento comune (Triticum aestivum) è il terzo cereale più prodotto al mondo dopo mais e riso, con oltre 700 milioni di tonnellate raccolte ogni anno. Finora però, per la complessità del suo genoma, i fattori alla base di questo successo evolutivo ci sfuggivano.

Due collaborazioni internazionali di scienziati hanno di recente sequenziato il DNA di diverse varietà di frumento e orzo provenienti da tutto il mondo. I due lavori pubblicati su Nature (qui e qui) rappresentano per la genomica un tentativo senza precedenti di rafforzare la sicurezza alimentare mondiale: il grano fornisce il 20% del fabbisogno calorico globale e si stima che la sua produzione debba aumentare di più del 50% entro la metà del secolo, per soddisfare la crescente domanda di cibo.

La forza delle differenze. «I moderni cultivar di grano e orzo mostrano un'ampia gamma di varianti e diverse strutture genetiche associate a tratti importanti, come una maggiore resa, la tolleranza alla siccità e la resistenza alle malattie» spiega Peter Langridge, professore emerito di Scienze botaniche all'Università di Adelaide (Australia), a capo del comitato scientifico della Wheat Initiative, che coordina le ricerche internazionali sul frumento. «Questa variabilità non può essere catturata con una singola sequenza genetica. Soltanto sequenziandone più d'una possiamo iniziare a capire la vera entità di questa diversificazione, ossia il pan genoma».

Una risorsa preziosa. Per la parte più imponente e significativa della ricerca, quella riguardante il frumento, un centinaio di ricercatori guidati dall'Università di Saskatchewan, in Canada, ha sequenziato completamente il codice genetico di 10 varietà di frumento provenienti da Nord America, Asia, Europa e Australia, decuplicando i dati genetici sulla pianta ad oggi disponibili e rendendoli liberamente consultabili da scienziati e coltivatori di tutto il mondo. Questa risorsa potrà essere usata per individuare i tratti genetici più "influenti" per migliorare la resistenza alle alte temperature o ai parassiti, e selezionarli attraverso successivi incroci.

versatilità: ecco il segreto. L'analisi è riuscita a individuare nel DNA le tracce genetiche lasciate dagli incroci tra le moderne varietà di frumento e altre piante non domesticate: proprio queste contaminazioni avrebbero contribuito alla spiccata resistenza del cereale alle malattie legate a determinati territori, come quelle recate da funghi, virus o parassiti endemici di certe zone.

Inoltre, la particolare struttura del DNA del frumento, che ha tre copie o alleli di ciascun gene, permette un altro notevole vantaggio evolutivo: «I singoli geni possono mutare mentre le altre copie dello stesso gene mantengono la funzione originaria. Così la pianta ha un maggiore repertorio di possibilità per adattarsi» chiarisce Kentaro Shimizu, biologo evolutivo dell'Università di Zurigo.

Il progetto 10+ Genome è appena all'inizio, e ambisce a sequenziare il codice genetico di migliaia di varietà di grano. La speranza è che la strada per garantire la sicurezza alimentare mondiale passi anche da studi di questo tipo.