Breeding new varieties of horticultural species by means of conventional genetics and biotechnological methods

La crescente domanda di nuove varietà sta spingendo le ditte sementiere a pianificare programmi di miglioramento genetico sempre più rapidi ed efficienti. Pertanto, i metodi convenzionali di costituzione di nuove varietà sono sempre più supportati da quelli biotecnologici. In particolare, la costituzione di nuove varietà assistita da marcatori (marker assisted breeding, MAB) riduce il tempo necessario per sviluppare nuove varietà grazie all’utilizzo di saggi molecolari. Nei seguenti tre lavori è discusso il ruolo cruciale svolto dai marcatori molecolari in questi programmi di miglioramento genetico, che sono stati condotti in diverse specie orticole appartenenti alla famiglia delle Asteraceae. Nel primo caso studio, i metodi convenzionali sono integrati dai metodi molecolari attraverso un tipico schema di miglioramento genetico in lattuga (Lactuca sativa L.). Sono stati impiegati marcatori SSR (Simple Sequence Repeats) o microsatelliti, 16 loci in totale, al fine di caratterizzare geneticamente 71 putative linee parentali e di pianificare 89 incroci, i quali sono stati progettati per massimizzare la resa delle impollinazioni manuali e il potenziale di ricombinazione genetica. Successivamente, la progenie risultante, costituita da 871 piante, è stata selezionata e i profili molecolari dei campioni sono stati confrontati con quelli dei loro putativi parentali. Il tasso di successo di questi incroci è risultato in media pari a 68 ± 33 % e il numero di ibridi F1 è risultato pari a 602. Infine, in una fase avanzata di questo programma genetico, sono state valutate 47 popolazioni sperimentali (generazione F3) in termini di omozigosi osservata e di similarità genetica. Tre di queste popolazioni sono risultate particolarmente idonee per accedere ai test pre-commerciali. In particolare questo materiale sperimentale presentava un elevato grado di omozigosi, superiore al 90 %, e gradi di similarità intra-popolazione superiori al 95 %. In conclusione, questo studio evidenzia l’effetto sinergico dei metodi convenzionali e biotecnologici in diverse fasi di un programma di miglioramento genetico. Oltre alla lattuga, sono state confrontate e caratterizzate molecolarmente diverse varietà di Cichorium intybus var. foliosum L., sia per il loro valore economico che per il grande interesse culturale di questa specie in Veneto. C. intybus var. foliosum, meglio conosciuto in Italia come radicchio, è un importante ortaggio a foglia coltivato localmente che si riproduce prevalentemente per allogamia. Le aziende sementiere si avvalgono ampiamente di marcatori molecolari per la costituzione di nuove varietà, soprattutto di ibridi F1 che si distinguono per la loro elevata uniformità e le rese colturali. In questo secondo caso studio abbiamo eseguito una caratterizzazione e un’indagine molecolare sulla struttura genetica di diverse popolazioni commerciali di Radicchio. Sono stati impiegati 29 marcatori microsatellite per la genotipizzazione di 504 campioni del biotipo rosso di Chioggia. In particolare, sono state inizialmente caratterizzate e confrontate in termini di similarità genetica, ricorrendo anche all’uso di statistiche sulla diversità genetica: due sintetiche, quattro ibridi F1 e due popolazioni F2 derivate. Utilizzando il medesimo saggio molecolare sono state valutate anche l’uniformità e la stabilità di tre lotti di tre anni di produzione di una varietà F1. I gradi medi di similarità risultanti hanno consentito la chiara discriminazione molecolare delle sintetiche OP dalle varietà F1 e dalla loro progenie F2, oltre che la determinazione delle singole popolazioni. Inoltre, la struttura genetica degli ibridi F1 prodotti in 3 anni ha rivelato inaspettatamente due gruppi principali che discriminano i primi due anni dal terzo, principalmente a causa della presenza di alleli specifici non comuni e di diverse frequenze alleliche. Nel complesso, queste informazioni molecolari consentiranno ai costitutori di determinare la distinzione genetica, l'uniformità e la stabilità di popolazioni commerciali e sperimentali, nonché le loro relazioni genetiche. A differenza delle due precedenti specie più rilevanti e più studiate (lattuga e cicoria), la quantità di dati biologici e molecolari disponibili per l’indivia (Cichorium endivia Lam.) è incredibilmente minore. Questa specie è un’orticola a foglia verde con un sistema riproduttivo di tipo autogamo. L’indivia appartenente alla famiglia delle Asteraceae ed è caratterizzata da due tipi di cultivar: indivia riccia (C. endivia var. crispum Lam.) e indivia scarola o liscia (C. endivia var. latifolium Lam.). Per le ditte sementiere la caratterizzazione genetica del loro materiale è fondamentale sia al momento della registrazione che in seguito per la protezione delle loro varietà. Nel nostro caso di studio, abbiamo verificato il carattere distintivo di 32 materiali sperimentali appartenenti ai due tipi di cultivar (indivia scarola e riccia). In un primo tentativo basato su marcatori SSR, solo 14 loci marcatori su 29 appartenenti a C. intybus sono stati trasferiti con successo in indivia e solo 8 di essi sono risultati polimorfici. A causa del livello limitato di discriminazione di questo saggio molecolare, è stato applicato un approccio alternativo basato su marcatori SNP (Single Nucleotide Polymorphisms) utilizzando il sequenziamento del DNA associato al sito di restrizione (RADseq). Complessivamente 4.621 marcatori SNP sono stati in grado di separare tutti gli individui di indivia riccia e scarola, in particolare, 50 di loro hanno discriminato i due tipi di cultivar. Inoltre, il dendrogramma e l’analisi PCoA, supportati dagli SNP, hanno diviso i due tipi cultivar di indivia in due sottogruppi distinti, discriminando in modo univoco tutti i materiali vegetali. Nel complesso, la nostra ricerca è stata in grado di valutare la distinguibilità di tutti i campioni analizzati, che rappresenta il primo requisito del test DUS. É stato valutato, inoltre, anche il grado di omozigosi, in modo da prevedere l'uniformità della progenie, ovvero il secondo requisito del DUS test, in quanto gli individui con un elevato grado di omozigosi sono noti per produrre popolazioni maggiormente uniformi. In conclusione, queste informazioni molecolari hanno permesso i costitutori di determinare la distinguibilità genetica dei 32 materiali d’élite e ogni possibile loro relazione genetica.