Approcci NGS per migliorare la resa delle colture riducendo le perdite ambientali

In risposta alla crescente necessità di incrementare la produzione alimentare senza un eccessivo sfruttamento dei suoli coltivati, è cruciale perseguire la selezione di piante coltivate più resilienti e sostenibili. Una strategia per affrontare questa sfida coinvolge l'identificazione di sequenze di marcatori molecolari associate alla tolleranza agli stress ambientali per agevolare la selezione di nuove varietà coltivate. In alternativa, esiste la possibilità di valutare trattamenti innovativi, come i biostimolanti, che hanno il potenziale per migliorare sia la crescita che la resilienza delle colture. Al fine di raggiungere questi obiettivi, la presente tesi si propone di indagare aspetti genetici associati alla risposta agli stress abiotici nella barbabietola da zucchero (Beta vulgaris L.) e al trattamento con biostimolanti nel pomodoro (Solanum lycopersicum L.) soggetto a stress da freddo. I primi due capitoli si sono concentrati principalmente sulla comprensione delle caratteristiche trascrittomiche e delle variazioni dovute alle condizioni di privazione di zolfo e alle temperature di congelamento nella barbabietola da zucchero. L'ultimo capitolo della tesi ha avuto lo scopo di investigare le variazioni trascrittomiche e biochimiche dopo un trattamento con biostimolante a base di alghe in piante di pomodoro sottoposte a stress da freddo. Il primo capitolo ha previsto l'analisi di un dataset trascrittomico per svelare la risposta della barbabietola da zucchero alle condizioni di privazione di zolfo (-S). L'obiettivo principale è stato quello di generare una lista di sequenze geniche potenzialmente correlate alla tolleranza a stress nutrizionale. Le reads di alta qualità sono state mappate sulla più recente versione del genoma della barbabietola da zucchero EL10.2_2 (McGrath, J.M., 2023). La differential expression analysis (DEA), combinata con la co-expression network analysis (WGCNA), ha identificato oltre 3.000 geni significativamente associati alla condizione di zolfo-privazione sia nei campioni di foglia che di radice. Utilizzando genomica all'avanguardia, insieme a una robusta pipeline di analisi bioinformatica e statistica, abbiamo identificato 151 geni potenzialmente legati all'adattamento alla privazione di zolfo. Il secondo capitolo ha preseguito l'obiettivo di rianalizzare un dataset prodotto da Moliterni et al. (2015) al fine di migliorare l'output dello studio precedente. Reads di alta qualità provenienti da campioni di foglie e radici di barbabietola da zucchero esposte a temperature di congelamento (< 0°C) sono state mappate sul genoma EL10.2_2 e analizzate. Rispetto allo studio precedente, si è osservato (i) un aumento del 51% nel numero totale di geni differenzialmente espressi (DEGs), e (ii) l'osservazione di nuovi termini di gene ontology (GO) associati all'attività chitinasi e all'ubiquitinazione delle proteine. L'applicazione di una moderna pipeline di analisi dati ha permesso la selezione di 142 sequenze geniche responsabili della risposta allo stress da freddo, potenzialmente associate alla tolleranza a tale stress. Nel terzo capitolo, è stata analizzata l'azione biostimolante di un estratto di alghe brune (BSE) su piante di pomodoro sottoposte a stress da freddo. Per valutare gli effetti del biostimolante, sono state effettuate caratterizzazioni sia fisiologiche che molecolari. In seguito all'applicazione di BSE, l'indagine trascrittomica completa ha svelato l'influenza del trattamento su geni associati a risposte cruciali allo stress da freddo. I termini della GO associa