tipizzazione e caratterizzazione di varietà precoci di patata ... - PbgLab

ONOFRI TIPIzzAzIONE DELL’ORIGINE DI COLTIVAzIONE DELLA PATATA
mediante le quali si possono fissare a supporti solidi
brevi segmenti di DNA (oligo o cDNA), il principale
progresso che ha permesso il diffondersi dei microarray
come strumento di ricerca e di analisi, è la disponibilità
di enormi quantità di informazioni di sequenze
genomiche; senza queste recenti acquisizioni, non
sarebbe possibile infatti la sintesi né di cDNA specifico
per ogni dato gene, né di oligonucleotidi con il
necessario grado di specificità. Oggi sono disponibili
numerosi database dedicati, come quello gestito dal
PSGC (www.potatogenome.net) o quelli della Cornell
University (www.sgn.cornell.edu/) o della Wageningen
University (https://cbsgdbase.wur.nl/).
In seguito alla disponibilità di un crescente numero
di genomi di diversi organismi interamente
sequenziati, molte aziende biotech hanno introdotto
sul mercato chip commerciali, contenenti l’intero
repertorio di geni di diversi organismi. Fra questi, il
primo organismo vegetale interamente sequenziato
(Arabidopsis thaliana) e di cui è stato prodotto un
microarray commerciale (ATH1, da parte della Affymetryx)
è stato presto seguito da altri, man mano
che le tecnologie di nuova generazione (NGS) rendevano
il sequenziamento massiccio sempre più efficiente,
economico ed abbordabile anche da laboratori
dotati di medio budget.
Applicazione dei microarray alla
genomica funzionale di patata
Già negli anni precedenti al completamento della
prima sequenza genomica di patata (2010), l’estesa
sintenia fra i genomi delle due più importanti
Solanacee aveva consentito ai ricercatori di utilizzare
alcune risorse sviluppate in seguito al sequenziamento
del genoma di pomodoro, già portato a
termine. Uno di questi strumenti, commercializzato
da Affymetryx, il Gene Chip Tomato Array, contenente
10.000 geni espressi ed annotati di pomodoro,
è stato utilizzato dal gruppo del CRA.-CIN (Centro
di Ricerca per le Colture Industriali) di Bologna che
lavorava sul fenomeno dell’addolcimento dei tuberi
in seguito a frigoconservazione, elaborando un
algoritmo che era in grado di correggere in parte i
mismatch di ibridazione dovuti alle differenze fra le
sequenze di pomodoro e quelle di patata 7.
L’aumento esponenziale del numero di sequenze
omologhe di patata presenti nelle banche dati internazionali,
ha portato tuttavia ben presto all’avvento
di microarray omologhi, cioè costituiti da sequenze
effettivamente di S. tuberosum, per studi di genotipizzazione
e di genomica funzionale, utilizzando entrambe
le tipologie di chip (a cDNA e ad oligo), a partire
dal 2005. I primi microarray di patata sono stati a
cDNA, inizialmente con poche migliaia di feature (le
sequenze target fissate al vetrino e sulle quali avviene
l’ibridazione), e miravano ad individuare i geni di
patata differenzialmente espressi durante lo sviluppo
dei tuberi 8. Successivamente, per l’analisi degli
eventi trascrizionali associati alla formazione del tubero,
è stato utilizzato un’evoluzione di questo primo
chip, un microarray ad oligo 60-mer, complementari
a 44000 sequenze unigene di patata, array che è stato
denominato POCI (Potato Oligo Chip Initiative 9).
Anche un gruppo inglese dello Scottish Crop Research
Institute (SCRI), parte del consorzio PSGC, ha
utilizzato il microarray POCI per un’analisi genomewide
dei geni che influenzano la qualità dei tuberi,
ed in particolare il sapore, la tessitura, il contenuto
di carotenoidi e la precocità di maturazione 10. In
questo lavoro, sono stati comparati due genotipi di
S. tuberosum appartenenti al gruppo Phureja, e due
al gruppo Tuberosum, ottenuti in campo in due diverse
annate. L’obiettivo era attribuire ai geni del
gruppo Phureja o Tuberosum che mostravano maggiore
variazione nel confronto, un possibile ruolo
nel determinismo dei caratteri associabili alla qualità.
In questo lavoro nella prima annata, 2075 geni
risultarono significativamente regolati (meno del 5%
delle sequenze rappresentate sul chip), e nella seconda
questo numero scese a 1386 (circa il 3%).
Questi dati mettono in evidenza la grande variazione
che si riscontra quando si esamina il trascrittoma
di materiale maturato in condizioni di pieno campo,
e il fortissimo effetto dell’annata pur in presenza di
materiale geneticamente omogeneo. I geni consistentemente
up-regolati nel gruppo Phureja rispetto
al Tuberosum, risultarono 309, e 555 quelli down-regolati.
Questi importanti dati portano a considerare
quanto relativamente limitato sia il numero di geni
che distinguono due gruppi di accessioni (Phureja e
Tuberosum), nonostante le grandi differenze morfologiche
e funzionali che le caratterizzano.
Il lavoro che viene qui presentato, svolto nell’ambito
del progetto TIPIPAPA (tipizzazione e caratterizzazione
di varietà precoci di patata con l’impiego di
tecniche molecolari e spettroscopiche) ha cercato di
applicare per la prima volta un potente strumento per
lo studio della trascrittomica della patata, il microarray
POCI da circa 44000 sonde, alla caratterizzazione
del luogo di coltivazione (località e regione) di alcune
14 MINERVA BIOTECNOLOGICA Marzo 2012