Parte il primo esperimento sull’epigenetica delle produzioni sementiere locali

Per comprendere come l’epigenetica potrebbe influenzare le produzioni locali di sementi è attualmente in corso un esperimento che vede la collaborazione tra Rete Semi Rurali, Centro di Ricerca Difesa e Certificazione del Consiglio per la Ricerca in Agricoltura e Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria del Consiglio Nazionale delle Ricerche.

Iniziamo con una rapida introduzione all’epigenetica, una parola difficile che invece nasconde un concetto semplice. L’epigenetica studia tutti i fenomeni ereditabili di un organismo che non dipendono da cambiamenti della sequenza del DNA che, in via di principio, conserva tutte le informazioni necessarie allo sviluppo e alla riproduzione di un individuo. Il DNA è presente in ogni cellula con una copia completa, quindi nella stessa pianta le cellule che formano una foglia o una radice, pur essendo molto diverse, racchiudono lo stesso identico corredo genetico. Come è possibile che cellule geneticamente identiche riescano a generare tessuti così diversi? E come fa, per esempio, una radice in accrescimento a evitare di diventare una foglia? 

Qui entra in gioco l’epigenetica, in cui il prefisso epi- sta a significare sopra la- genetica e si riferisce a tutti quei meccanismi biologici che permettono di “annotare” informazioni sul DNA senza modificarne la sequenza. Queste informazioni consentono alle diverse parti del genoma – i geni – di esprimersi nel modo corretto da un punto di vista strutturale (formazione dei diversi tessuti), temporale (fasi di crescita di un organismo) e in risposta ai diversi stimoli ambientali. Per fare un esempio classico possiamo pensare all’epigenetica come alla punteggiatura, senza di essa le informazioni contenute in un libro sarebbero in alcuni casi difficili da interpretare. Facendo un parallelismo le parole rappresentano la genetica mentre la punteggiatura rappresenta l’epigenetica.

Queste “annotazioni” vengono passate alle cellule quando si duplicano, per esempio in una radice che cresce, ma vengono eliminate nel passaggio da una generazione alla successiva. In questo modo una giovane plantula, ma questo vale anche per noi esseri umani, può iniziare la propria esistenza “dall’inizio”. Da recenti studi sui vegetali si è però compreso che non tutte le informazioni epigenetiche vengono cancellate ma, al contrario, è possibile che alcune vengano trasmesse alla generazione successiva in modo da mantenere una certa “memoria” di quello che è successo alle generazioni precedenti. Ne deriva che questo processo potrebbe avere un ruolo nell’adattamento delle piante alle diverse condizioni di crescita. In altre parole, le piante potrebbero adattarsi alle diverse condizioni ambientali anche grazie alle informazioni epigenetiche ereditate dalle generazioni precedenti.

Alcuni studi hanno mostrato che piante identiche tra loro e discendenti da piante madri vissute in condizioni di stress idrico, tendono a sviluppare da subito un apparato radicale più lungo. Oppure che semi di piante che hanno subito attacchi di insetti defoliatori, danno origine a piante con foglie più pelose, pronte a resistere a futuri attacchi. Un’altra osservazione riguarda piante cresciute all’ombra di numerose infestanti che danno origine a piante capaci di produrre più semi in condizione di ombreggiamento.

Queste osservazioni sono state fatte su specie selvatiche o “specie modello” e per il momento si sa ben poco di come e quanto questi fenomeni potrebbero influire sulle produzioni agricole. In questo quadro si può supporre che i semi di una varietà, a seconda dell’ambiente specifico in cui sono stati prodotti, possano generare piante con differenti caratteristiche grazie all’epigenetica. Forse chi autoproduce seme queste cose le ha già intuite ma non è semplice dimostrare da un punto di vista sperimentale. I motivi sono vari, infatti non tutti i caratteri vengono influenzati dai processi epigenetici, inoltre ogni varietà può trasmettere risposte molto diverse alla progenie (addirittura contrastanti!) e talvolta servono varie generazioni di esposizione a una determinata condizione ambientale perché si possano avere effetti misurabili sulle generazioni successive. Infine, la maggior parte dell’informazione epigenetica è rigidamente legata a quella genetica (sequenza di DNA) mentre, al contrario, un’altra parte sembra variare in maniera casuale e slegata dalle condizioni ambientali.

Per questi motivi non è semplice condurre esperimenti che chiariscano quali sono gli effetti prodotti dai meccanismi epigenetici. Le prospettive sembrano comunque molto interessanti e meritano un approfondimento dato che potrebbero migliorare la nostra comprensione sulla produttività di varietà riprodotte anno dopo anno nello stesso ambiente e, più in generale, sulla complessità della vita.

La prova sperimentale iniziata quest’anno prevede di coltivare continuativamente diverse varietà di frumento (tabella 1) – partendo da un identico nucleo iniziale di seme – in ambienti molto differenti. Per questo motivo sono stati allestiti 4 campi di produzione identici in quattro regioni. Le prove sperimentali si trovano in Toscana all’interno del campo catalogo di RSR ospitato dal 2013 dall’Azienda agricola Floriddia, in Sicilia nell’Azienda agricola Li Rosi, in Veneto all’interno del campo di moltiplicazione della Casa delle sementi del Veneto che dall’anno scorso è ospitato nell’Azienda agricola Cortiana e in Emilia-Romagna presso l’Azienda agricola sperimentale Bagnaresa del CREA-DC.

In ogni ambiente la moltiplicazione verrà ripetuta per tre anni usando, in ogni località, sempre il seme ottenuto l’anno precedente. In questo modo eventuali informazioni epigenetiche dovute all’ambiente di coltivazione avranno la possibilità di accumularsi. Il quarto anno verrà eseguito un campo di confronto tra tutte le varietà di frumento provenienti dai 4 campi. Si potranno quindi valutare produttività, morfologia della pianta, profilo genetico ed epigenetico mediante l’utilizzo di marcatori molecolari. Normalmente nel campo di confronto non si dovrebbero osservare grandi differenze all’interno delle singole varietà, ad esempio tra i 4 frassineto coltivati nei 4 differenti ambienti per i 3 anni precedenti. Al contrario, se ci fossero evidenti differenze morfologiche, produttive o epigenetiche, queste potranno essere attribuite a processi di ereditabilità epigenetica indotti dal precedente ambiente di coltivazione.

L’auspicio è che questo esperimento possa contribuire a chiarire come e quanto la variabilità epigenetica indotta dal precedente ambiente di coltivazione possa influire sull’adattabilità e la produttività delle colture in modo da valutare l’importanza di questo fenomeno sulle produzioni agricole e sui sistemi di produzione delle sementi.

# Tommaso Martinelli, ricercatore presso il CREA – Difesa e Certificazione (Firenze)

# Massimiliano Lauria, ricercatore presso l’Ist. di Biologia e Biotecnologia agraria del CNR (Milano)