Genoma di patate europeo decodificato: piccolo pool genico con grandi differenze

Le patate sono un alimento base per oltre 1,3 miliardi di persone. Ma nonostante la loro importanza per la sicurezza alimentare globale, i successi dell’allevamento sono stati modesti. Alcune delle cultivar di patate più popolari sono state allevate molti decenni fa. Il motivo di questo limitato successo è il complesso genoma della patata: ci sono quattro copie del genoma in ogni cellula anziché solo due. Ciò sfida l’allevamento tradizionale basato sull’ibridazione. Un team guidato dal professor Korbinian Schneeberger, capo del gruppo di ricerca sulla plasticità del genoma e della genetica computazionale presso LMU e il Max Planck Institute for Plant Breeding Research, ha ora fatto una svolta importante. Come riferiscono i ricercatori sul diario Naturafurono in grado di ricostruire il genoma di dieci cultivar di patate storiche. Hanno quindi usato questa conoscenza per sviluppare un metodo che renderebbe molto più facile e veloce ricostruire ulteriori genomi di patate.

In collaborazione con ricercatori della Wageningen University, il Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK) a Groß Lüsewitz e l’Università di Xi’an Jiaotong in Cina, il team ha selezionato varietà storiche, alcune delle quali erano già coltivate nel 18 ° secolo. “Poiché queste patate provengono da un momento in cui stavano iniziando i programmi di allevamento europeo, volevamo capire quanta diversità esiste in queste patate per comprendere il potenziale genetico delle nostre patate”, afferma Schneeberger. La risposta è stata: non molto. Il pool genetico della patata è estremamente limitato. Le dieci varietà di patate coprivano circa l’85 percento della variabilità genetica di tutte le moderne patate europee.

Effetti di collo di bottiglia dopo introduzione dal Sud America

I ricercatori attribuiscono i loro risultati agli effetti di collo di bottiglia. Le patate furono importate dal Sud America dal XVI secolo in poi. Il numero di individui diversi era basso e la maggior parte non era in grado di far fronte alle condizioni europee. Questo pool genico ridotto è stato quindi ulteriormente ridotto dalle malattie. L’esempio più famoso è lo scoppio di rovina in ritardo del 1840, che ha causato il collasso dei raccolti e ha portato a carestie catastrofiche, in particolare in Irlanda ma anche nel resto dell’Europa.

Allo stesso tempo, lo studio ha rivelato – con sorpresa dei ricercatori – che le differenze tra le singole copie cromosomiche possono essere enormi. “Poiché il pool genico è così limitato, non ci sono molti cromosomi diversi, ma quando i cromosomi differiscono, divergono in una misura mai osservati prima nelle piante domestiche”, spiega Schneeberger. “Le differenze sono circa venti volte maggiori rispetto agli umani.” Queste differenze presumibilmente si sono presentate prima dell’arrivo della patata in Europa. Le popolazioni indigene del Sud America hanno iniziato a addomesticare le patate circa 10.000 anni fa e le differenze sono probabilmente il risultato dell’incrocio tra le specie selvatiche.

Infine, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio che può essere utilizzato per analizzare i genomi delle circa 2.000 patate registrate presso l’Unione europea. Invece di generare faticosamente i dati necessari per ricostruire un genoma, i dati facilmente generati vengono confrontati con i genomi attualmente noti per determinare quale dei cromosomi noti sono presenti in una cultivar. I ricercatori hanno dimostrato che il loro approccio funziona con la cultivar di Burbank Russet, che esiste dal 1908 ed è ancora la varietà standard per patatine fritte francese oggi. “La conoscenza delle sequenze del genoma costituisce la base per molti approcci nell’allevamento delle piante, dall’allevamento tradizionale agli ultimi metodi di ingegneria del genoma”, afferma Schneeberger. “In futuro, non dovremo più lavorare senza queste informazioni.”