Questi scienziati di recente ha pubblicato un articolo che descrive in dettaglio una nuova tecnica di selezione delle piante ciò potrebbe rivoluzionare il modo in cui coltiviamo le colture e accelerare il ritmo con cui possiamo sviluppare piante più resistenti, più sane e più versatili di fronte ai cambiamenti climatici. Man mano che il clima cambia, cambia anche la produttività di una pianta in una determinata regione. La chiave per il nostro futuro ben nutrito potrebbe essere una varietà di colture resilienti che possano crescere in diverse condizioni ambientali.
“Molti scienziati hanno detto che questo era impossibile. Era un’idea così radicale che ci hanno detto che non potevamo farlo”.
“Il tasso di guadagno nella maggior parte dei programmi di miglioramento genetico delle colture è in ritardo rispetto alle richieste poste da una popolazione in crescita”,
Brande Wulff, genetista delle colture presso il John Innes Centre nel Regno Unito e autore dell'articolo, dice a Digital Trends. “Accelerando la crescita e la riproduzione delle colture, gli scienziati e gli allevatori di tutto il mondo saranno in grado di farlo più rapidamente allevare e progettare piante che siano più nutrienti, resistano alle malattie e che siano meglio adatte al domani clima."Chiamato appropriatamente “allevamento rapido”, il metodo ha già dimostrato di far crescere il grano – da seme a seme – in sole otto settimane. È tre volte più veloce della tecnica di allevamento che ha dato origine al Rivoluzione verde. Sebbene sia ancora nella fase adolescenziale, i risultati accelerati hanno portato alcuni analisti a indicarlo come uno strumento fondamentale per l’avvento di una nuova era agricola.
Origini dello spazio esterno
Forse non sorprende che il concetto di allevamento veloce sia nato alla NASA. Durante il brainstorming su come coltivare il grano spazio, gli scienziati dell'agenzia hanno avuto questa folle idea: perché no drappeggia le piante in una luce costante, consentendo loro di maturare più rapidamente? Le piante, dopo tutto, amano la luce. Lo bramano, sgranocchiando fotoni insieme ad anidride carbonica e acqua per creare gli zuccheri di cui hanno bisogno per crescere. La luce continua potrebbe significare una crescita continua. Semplice, vero?
Il Dr. Brande Wulff (a sinistra) e il Dr. Lee Hickey osservano i raccolti di grano a selezione rapida. Foto: Hickey Lab/Università del Queensland
“Molti scienziati hanno detto che questo era impossibile”, Lee Hickey, scienziato agricolo presso l’Università del Queensland e uno dei primi ad adottare il piano della NASA dieci anni fa, dice a Digital Trends. “Era un’idea così radicale che ci hanno detto che non potevamo farlo”.
Ma Lee e il suo team non sono rimasti turbati dagli scettici. Fedeli al metodo scientifico, hanno “provato”, progettando esperimenti per verificare se regimi di luce intensi avrebbero aumentato la produttività delle piante.
Non è stato così. Quando gli scienziati hanno coltivato per la prima volta il grano con un sistema di allevamento rapido, "avevano un aspetto terribile", dice Hickey, "davvero scadenti". Ma attraverso una serie di esperimenti che hanno ottimizzato aspetti come la nutrizione, fornitura d'acqua, frequenza della luce e temperatura della serra, l'erba ha iniziato a maturare più rapidamente e in modo adeguato, mostrando anche una maggiore produttività del grano rispetto alla coltivazione convenzionale in serra grano.
Lee, Wright e i loro colleghi, tra cui ricercatori dell’Università di Sydney, hanno optato per un regime leggero che avrebbe fatto esitare anche i più devoti adoratori del sole. Le colture “a giornata lunga” come grano, orzo e ceci (che fioriscono in risposta a cicli giornalieri più lunghi) sono esposti fino a 22 ore di luce continua al giorno, irradiata da lampade a LED appese sopra la coltivazione letti.
Il bisogno di velocità
Secondo il protocollo di selezione rapida, piante come il grano possono passare da un seme all’altro in sole otto settimane, il che significa che i coltivatori possono crescere fino a sei generazioni ogni anno.
“La vera innovazione che mostrano qui è la capacità di cambiare generazione molto rapidamente. Questo è un aspetto chiave della selezione delle piante”.
"La vera innovazione che mostrano qui è la capacità di cambiare generazione molto rapidamente", Carlo Brummer, afferma uno scienziato agricolo della UC Davis ed ex presidente della Crops Science Society of America, che non è stato coinvolto nello studio. “Questo è un aspetto chiave della selezione delle piante”.
Con ogni nuova generazione, i ricercatori tentano di riprodurre i tratti desiderabili eliminando quelli indesiderabili. Quanto più velocemente riescono a portare una generazione da seme a seme, tanto più velocemente possono rimuovere i tratti indesiderati promuovendo al tempo stesso quelli desiderati.
Prendiamo, ad esempio, il germogliamento pre-raccolta (PHS), un fenomeno che provoca la germinazione prematura del grano a causa delle piogge prolungate e dell’elevata umidità.
"Questo è un grosso problema in Australia perché tutte le nostre varietà sono sensibili", afferma Hickey.
La suscettibilità al PHS è almeno parzialmente controllata dalla genetica, quindi allevando e incrociando selettivamente diversi grani varietà, i ricercatori mirano a eliminare quel tratto genetico, rendendo le future generazioni di grano più resistenti alle precipitazioni elevate e umidità. L'azienda Dow AgroSciences ha già adottato la tecnica di speedbreeding e sviluppato una varietà di grano resistente al PHS.
È semplicissimo: aumenta la velocità seme-seme di una coltura e rende più semplice per i coltivatori sviluppare colture desiderabili. Aumentalo di tre volte e fornirai loro uno strumento eccezionale per creare colture d'élite.
La selezione delle piante dell’era spaziale apre la strada alle colture future
“Molti geni di resistenza alle malattie possono essere trovati nei parenti selvatici delle nostre piante coltivate addomesticate”, afferma Wulff, “ma incrociando trasformare un gene di resistenza alle malattie da un grano selvatico in una cultivar d’élite domesticata è come far accoppiare un cavallo da corsa con un asino! Ci vogliono molti, molti anni... per combinare il meglio di entrambi i mondi. La selezione rapida può accelerare questo processo e ridurre il tempo necessario per sviluppare una nuova cultivar di grano con caratteristiche superiori”.
Brummer lo dice senza mezzi termini. "Muoversi più velocemente è la parola d'ordine", afferma. “Questo è un modo per muoversi molto più velocemente.”
Campi di sogni
Tuttavia, la maggior parte del grano che viene utilizzato per la nostra pasta e il nostro pane non viene coltivato in serra e molti prodotti seguono le fasi iniziali di selezione.
“L’impatto reale verrà dalla combinazione di questo strumento con altre tecnologie di cui disponiamo e che si stanno rapidamente evolvendo nel settore della coltivazione delle piante”.
“A un certo livello, indipendentemente dagli strumenti genomici utilizzati, è necessario mettere le piante sul campo e vedere come si comportano”, spiega Brummer.
È sul campo che gli esperimenti in serra vengono messi alla prova. Una varietà di coltura può funzionare bene in un ambiente artificiale, dove la temperatura, l'approvvigionamento idrico e i regimi di luce sono facilmente modificabili regolamentato, ma se non prospera sul campo, dove viene coltivata la stragrande maggioranza dei nostri raccolti, allora è praticamente un disastro. Le nuove varietà di grano devono essere produttive fuori dagli elementi affinché gli agricoltori possano adottarle.
"I test sul campo sono fondamentali", afferma Hickey. “Dobbiamo averlo e assicurarci che le varietà che stiamo rilasciando agli agricoltori siano provate e abbiano una comprovata esperienza. Devono ancora passare attraverso quei tre o quattro anni di valutazione sul campo”.
Tuttavia, anche calcolando i pochi anni di test sul campo, Hickey stima che la riproduzione rapida possa arrivare a quattro o cinque cicli riproduttivi prima del 2050, quando la popolazione sarà dovrebbe superare i nove miliardi e il cambiamento climatico sarà tangibile in tutto il mondo. La speranza è che, nei prossimi decenni, i coltivatori possano sviluppare varietà sufficientemente resistenti da resistere a ciò che l’ambiente gli riserva.
Hickey Lab/Università del Queensland
“Il tempo e il clima cambiano continuamente in una certa misura, ma quello che vediamo ora è che il clima lo è cambiando più rapidamente e forse come conseguenza di ciò stiamo assistendo a condizioni meteorologiche più estreme”, Brummer dice. "Forse le nuove varietà che si adattano a una particolare regione devono essere più acute, quindi dovremo ibridare più velocemente e sviluppare più varietà rispetto al passato. È qui che questo metodo potrebbe aiutare. Tutto ciò che potrete fare per abbreviare questo tempo e portare sul campo nuove varietà vegetali sarà utile”.
Sfide future
Finora, la riproduzione rapida ha mostrato il potenziale maggiore nelle specie a giorno lungo che fioriscono in risposta a tempi più lunghi giorni, il che rende Hickey e i suoi colleghi fiduciosi che funzionerà con piante come il girasole, il pepe e ravanello.
“Sarà più complicato applicare la riproduzione rapida a specie a “giorno corto” come riso, mais e sorgo”, afferma, “ma penso che ci sia spazio per l’ottimizzazione di un sistema di ciclo rapido. È solo questione di modificare il fotoperiodo e i regimi di temperatura”.
Infatti, nonostante le arachidi siano una specie “a giorno corto”, alcuni ricercatori hanno già dimostrato che la riproduzione rapida apporta benefici anche a questi legumi.
"Abbiamo utilizzato con successo la tecnica di selezione rapida sviluppata dai ricercatori dell'UQ per le arachidi ormai da diversi anni", afferma Graeme Wright, un allevatore della Peanut Company of Australia. Wright ritiene che i lunghi intervalli di luce utilizzati nella selezione rapida potrebbero in realtà selezionare piante individuali con insensibilità alla durata del giorno, cosa che secondo lui afferma che è "una caratteristica desiderabile in quanto significa che... le varietà sviluppate dovrebbero avere un ampio adattamento alla latitudine, con una crescita riproduttiva non dipendente dal giorno lunghezza."
CRISPR e oltre
Questo nuovo metodo dovrebbe essere visto come munizioni che gli allevatori possono aggiungere a un crescente arsenale di armi genetiche. Negli ultimi anni, i progressi nel campo della genomica hanno consentito agli scienziati di utilizzare strumenti di editing genetico come CRISPR per modificare i genomi per includere cose come resistenza alla siccità e maggiore nutrizione.
"L'allevamento veloce è uno strumento disponibile", afferma Hickey. “L’impatto reale verrà dalla combinazione di questo strumento con altre tecnologie di cui disponiamo e che si stanno rapidamente evolvendo nel campo della selezione delle piante. CRISPR, strumenti genomici, selezione genomica e previsione”.
Ma i ricercatori riconoscono che non sarà facile convertire tutti gli allevatori al regime di riproduzione rapida. Le vecchie abitudini sono dure a morire e gli scienziati sono intrinsecamente scettici. Aggiungete a ciò i cambiamenti infrastrutturali necessari per passare a tale metodo, ed è chiaro che c’è una strada accidentata da percorrere. Tuttavia, con il loro articolo recentemente pubblicato, Hickey e Wright sperano che altri allevatori e ricercatori vedano il potenziale della loro tecnica.
A coloro che sono interessati ad adottare lo speedbreeding, Hickey ha un semplice suggerimento su come iniziare: “Lascia le luci accese, amico”.
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