Un gene della vite selvatica rafforza la resistenza della vite comune alla peronospora

I ricercatori hanno mappato la famiglia della vite a livello cromosomico e individuato in una vite selvatica un gene di resistenza alle malattie che, nei test di laboratorio, ha contribuito a rendere la vite comune resistente alla peronospora, una patologia che causa gravi perdite nei vigneti.

Lo studio, pubblicato su Nature Plants, ha esaminato l’evoluzione delle Vitaceae, la famiglia di piante che comprende la vite coltivata e i suoi parenti selvatici. I ricercatori hanno osservato che la storia evolutiva della famiglia è rimasta poco chiara, nonostante l’importanza della coltura per l’agricoltura e le società umane. Per far luce sulla questione, hanno realizzato assemblaggi dei genomi a livello cromosomico e li hanno utilizzati per confrontare le specie della famiglia.

Uno dei risultati più rilevanti sul piano pratico riguarda una specie selvatica, Vitis bellula. Il gruppo di ricerca ha individuato un gene di resistenza alle malattie, denominato VbRpv35, e riferito che, quando è stato espresso in Vitis vinifera, la specie utilizzata per la maggior parte delle uve da vino del mondo, ha aumentato la resistenza alla peronospora. Il risultato indica un possibile nuovo bersaglio per i programmi di selezione e le attività di biotecnologia volte a rendere le viti più resilienti.

Le possibili ricadute vanno ben oltre la genetica vegetale. La peronospora è una delle malattie che possono costringere i vigneti a fare ampio ricorso ai trattamenti fitosanitari. Se il gene si dimostrerà utile nei programmi di selezione, potrebbe contribuire in futuro a ridurre l’uso di prodotti chimici e i rischi per la produzione nei vigneti che forniscono uva per vino, succo e altre bevande a base di uva. Qualsiasi impatto commerciale dipenderà da ulteriori test, dalle attività di selezione e dai passaggi normativi.

Il lavoro genomico più ampio presentato nello studio affronta anche questioni di base sull’evoluzione nel tempo dei parenti della vite. I ricercatori hanno analizzato specie che coprono circa 70 milioni di anni di evoluzione della famiglia. I risultati filogenomici collocano Ampelopsis più vicino a Parthenocissus e Vitis, precisando i rapporti tra i principali rami della famiglia.

Il gruppo ha inoltre ricostruito i cambiamenti dei cariotipi, ossia del numero e della disposizione dei cromosomi. L’analisi ha rilevato che l’organizzazione cromosomica è rimasta relativamente conservata all’interno di Vitis, il genere che comprende la vite coltivata e molte specie selvatiche. Al contrario, in altri due generi della famiglia, Tetrastigma e Cissus, si è verificata una riorganizzazione cromosomica molto più estesa. Il risultato suggerisce che alcuni rami della famiglia abbiano mantenuto una struttura genomica più stabile, mentre altri siano andati incontro a cambiamenti più ampi.

Lo studio ha approfondito anche quello che i ricercatori definiscono un genoma tridimensionale pan-genomico. Questo approccio non si limita a confrontare le sequenze di DNA, ma esamina anche il modo in cui il genoma si ripiega e si organizza all’interno del nucleo cellulare. Secondo l’articolo, le varianti strutturali, cioè cambiamenti genomici di dimensioni maggiori come inserzioni, delezioni e riarrangiamenti, hanno contribuito alle differenze nei compartimenti A/B e nei domini di associazione topologica, due caratteristiche utilizzate per descrivere l’organizzazione tridimensionale dei cromosomi. I ricercatori hanno inoltre rilevato una minore frequenza di varianti strutturali ai confini di questi domini, il che potrebbe indicare che alcune parti dell’architettura del genoma sono soggette a vincoli più forti.

Un’altra parte importante dello studio si è concentrata sui geni NLR, una classe di geni vegetali dell’immunità coinvolti nel riconoscimento dei patogeni. I ricercatori hanno riferito che i trasposoni Helitron, elementi mobili di DNA in grado di spostarsi all’interno del genoma, hanno contribuito sia all’espansione di questi geni di resistenza alle malattie in Vitis sia alla regolazione della loro espressione. In parole semplici, lo studio suggerisce che frammenti di DNA mobile abbiano contribuito a plasmare una parte del sistema immunitario della vite nel corso dell’evoluzione.

Il legame tra trasposoni e geni di resistenza è importante perché individua un meccanismo, non soltanto un elenco di geni. Selezionatori e genetisti vegetali cercano spesso di capire perché determinate famiglie geniche si espandano, come vengano regolate e da dove provenga la diversità utile. Secondo l’articolo, gli Helitron sono stati una forza determinante in questo processo per i geni di resistenza della vite; ciò potrebbe aiutare i ricercatori a individuare più efficacemente nuove fonti di resistenza alle malattie nel materiale selvatico.

I risultati si inseriscono inoltre in un più ampio impegno della ricerca agronomica volto a utilizzare i parenti selvatici delle colture come fonte di caratteri utili. Le viti coltivate possono produrre frutti di alta qualità, ma sono spesso vulnerabili alle malattie. Le specie selvatiche possono ospitare geni andati perduti, ridottisi o mai presenti nelle varietà domesticate. Realizzando assemblaggi genomici dettagliati per più specie della famiglia, i ricercatori hanno creato una risorsa che potrebbe agevolare l’individuazione di questi caratteri e il loro inserimento nei programmi di selezione.

Secondo l’articolo, le risorse genomiche prodotte dallo studio sono destinate sia al miglioramento della vite sia al sostegno della ricerca sull’evoluzione delle piante a fiore in senso più ampio. Oltre all’articolo scientifico, i ricercatori hanno depositato in archivi pubblici i dati grezzi di sequenziamento e gli assemblaggi dei genomi, insieme alle annotazioni e ai modelli inferiti dei cromosomi ancestrali, mettendo così il materiale a disposizione di altri scienziati per ulteriori studi.

Per la viticoltura, il risultato immediato non è una nuova varietà già pronta per il vigneto, ma una pista genetica più solida. Il gene VbRpv35 individuato è ora un candidato da convalidare in ulteriori background genetici e condizioni di coltivazione, mentre la più ampia mappa comparativa della famiglia della vite offre ai selezionatori un quadro più chiaro delle possibili fonti di caratteri utili per la resistenza.