ONOFRI TIPIzzAzIONE DELL’ORIGINE DI COLTIVAzIONE DELLA PATATA me<strong>di</strong>ante le quali si possono fissare a supporti soli<strong>di</strong> brevi segmenti <strong>di</strong> DNA (oligo o cDNA), il principale progresso che ha permesso il <strong>di</strong>ffondersi dei microarray come strumento <strong>di</strong> ricerca e <strong>di</strong> analisi, è la <strong>di</strong>sponibilità <strong>di</strong> enormi quantità <strong>di</strong> informazioni <strong>di</strong> sequenze genomiche; senza queste recenti acquisizioni, non sarebbe possibile infatti la sintesi né <strong>di</strong> cDNA specifico per ogni dato gene, né <strong>di</strong> oligonucleoti<strong>di</strong> con il necessario grado <strong>di</strong> specificità. Oggi sono <strong>di</strong>sponibili numerosi database de<strong>di</strong>cati, 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 <strong>di</strong>sponibilità <strong>di</strong> un crescente numero <strong>di</strong> genomi <strong>di</strong> <strong>di</strong>versi organismi interamente sequenziati, molte aziende biotech hanno introdotto sul mercato chip commerciali, contenenti l’intero repertorio <strong>di</strong> geni <strong>di</strong> <strong>di</strong>versi organismi. Fra questi, il primo organismo vegetale interamente sequenziato (Arabidopsis thaliana) e <strong>di</strong> cui è stato prodotto un microarray commerciale (ATH1, da parte della Affymetryx) è stato presto seguito da altri, man mano che le tecnologie <strong>di</strong> nuova generazione (NGS) rendevano il sequenziamento massiccio sempre più efficiente, economico ed abbordabile anche da laboratori dotati <strong>di</strong> me<strong>di</strong>o budget. Applicazione dei microarray alla genomica funzionale <strong>di</strong> <strong>patata</strong> Già negli anni precedenti al completamento della prima sequenza genomica <strong>di</strong> <strong>patata</strong> (2010), l’estesa sintenia fra i genomi delle due più importanti Solanacee aveva consentito ai ricercatori <strong>di</strong> utilizzare alcune risorse sviluppate in seguito al sequenziamento del genoma <strong>di</strong> pomodoro, già portato a termine. Uno <strong>di</strong> questi strumenti, commercializzato da Affymetryx, il Gene Chip Tomato Array, contenente 10.000 geni espressi ed annotati <strong>di</strong> pomodoro, è stato utilizzato dal gruppo del CRA.-CIN (Centro <strong>di</strong> Ricerca per le Colture Industriali) <strong>di</strong> Bologna che lavorava sul fenomeno dell’addolcimento dei tuberi in seguito a frigoconservazione, elaborando un algoritmo che era in grado <strong>di</strong> correggere in parte i mismatch <strong>di</strong> ibridazione dovuti alle <strong>di</strong>fferenze fra le sequenze <strong>di</strong> pomodoro e quelle <strong>di</strong> <strong>patata</strong> 7. L’aumento esponenziale del numero <strong>di</strong> sequenze omologhe <strong>di</strong> <strong>patata</strong> presenti nelle banche dati internazionali, ha portato tuttavia ben presto all’avvento <strong>di</strong> microarray omologhi, cioè costituiti da sequenze effettivamente <strong>di</strong> S. tuberosum, per stu<strong>di</strong> <strong>di</strong> geno<strong>tipizzazione</strong> e <strong>di</strong> genomica funzionale, utilizzando entrambe le tipologie <strong>di</strong> chip (a cDNA e ad oligo), a partire dal 2005. I primi microarray <strong>di</strong> <strong>patata</strong> sono stati a cDNA, inizialmente con poche migliaia <strong>di</strong> feature (le sequenze target fissate al vetrino e sulle quali avviene l’ibridazione), e miravano ad in<strong>di</strong>viduare i geni <strong>di</strong> <strong>patata</strong> <strong>di</strong>fferenzialmente espressi durante lo sviluppo dei tuberi 8. Successivamente, per l’analisi degli eventi trascrizionali associati alla formazione del tubero, è stato utilizzato un’evoluzione <strong>di</strong> questo primo chip, un microarray ad oligo 60-mer, complementari a 44000 sequenze unigene <strong>di</strong> <strong>patata</strong>, 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 <strong>di</strong> carotenoi<strong>di</strong> e la <strong>precoci</strong>tà <strong>di</strong> maturazione 10. In questo lavoro, sono stati comparati due genotipi <strong>di</strong> S. tuberosum appartenenti al gruppo Phureja, e due al gruppo Tuberosum, ottenuti in campo in due <strong>di</strong>verse 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 <strong>di</strong> materiale maturato in con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> pieno campo, e il fortissimo effetto dell’annata pur in presenza <strong>di</strong> 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 <strong>di</strong> geni che <strong>di</strong>stinguono due gruppi <strong>di</strong> accessioni (Phureja e Tuberosum), nonostante le gran<strong>di</strong> <strong>di</strong>fferenze morfologiche e funzionali che le caratterizzano. Il lavoro che viene qui presentato, svolto nell’ambito del progetto TIPIPAPA (<strong>tipizzazione</strong> e <strong>caratterizzazione</strong> <strong>di</strong> <strong>varietà</strong> <strong>precoci</strong> <strong>di</strong> <strong>patata</strong> con l’impiego <strong>di</strong> tecniche molecolari e spettroscopiche) ha cercato <strong>di</strong> applicare per la prima volta un potente strumento per lo stu<strong>di</strong>o della trascrittomica della <strong>patata</strong>, il microarray POCI da circa 44000 sonde, alla <strong>caratterizzazione</strong> del luogo <strong>di</strong> coltivazione (località e regione) <strong>di</strong> alcune 14 MINERVA BIOTECNOLOGICA Marzo 2012
TIPIzzAzIONE DELL’ORIGINE DI COLTIVAzIONE DELLA PATATA ONOFRI Tabella I.
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