Dialoghi sulle biotecnologie: “Il contributo delle Tecnologie di Evoluzione Assistita per il miglioramento genetico di caratteri qualitativi della patata”

Frusciante: La patata è la principale coltura alimentare non cerealicola al mondo. La sua storia di domesticazione risale a oltre undicimila anni fa sugli altopiani andini del Sud America. Durante questo lungo processo, sono state selezionate diverse specie di patate, principalmente diploidi, adattate a condizioni diurne brevi e a latitudini vicine all’equatore. Tra queste, Solanum tuberosum, una specie poliploide polisomica, è l'unica che si è diffusa in aree situate lontano dalla fascia equatoriale.

D'Amelia: Il successo di S. tuberosum si deve soprattutto alla sua straordinaria adattabilità a climi diversi, probabilmente legata all’elevata variabilità genetica degli ecotipi diploidi da cui ha avuto origine. Prima della comparsa dei gameti non ridotti, che portarono alla formazione del gruppo tetraploide Andigena e poi del Chilotanum, la specie aveva già accumulato tratti adattativi importanti. Evidenze genetiche recenti indicano un’unica domesticazione nelle Ande peruviane, seguita da incroci con specie selvatiche durante la diffusione verso sud. In Cile e Argentina, la patata acquisì l’adattamento al fotoperiodo lungo, decisivo per la tuberizzazione in latitudini elevate e per il suo successo in Europa e Nord America.
Sembrerebbe che il tubero sia arrivato sulle coste spagnole nel XVI secolo, adottato inizialmente come alimento di riserva per le lunghe traversate oceaniche. Introdotto nella valle del Po trovò un punto di partenza per diffondersi lungo “Strada Spagnola” — il corridoio militare che collegava le province spagnole dell’Italia settentrionale ai Paesi Bassi. Seguendo questo percorso, la patata mise radici nei villaggi dell’Europa centro-settentrionale, dove si rivelò una risorsa preziosa: lasciata sottoterra, sfuggiva alle razzie durante i conflitti e garantiva sopravvivenza anche nei periodi di carestia.
La patata ha sostenuto la crescita demografica ed è stata protagonista di eventi epocali, come la diaspora irlandese dovuta alla devastazione dei raccolti provocata dagli attacchi di peronospora. Così, da alimento fondamentale dell’impero Inca, la patata è diventata un motore di trasformazioni sociali ed economiche profonde tra Europa e Americhe.
Oggi la produzione globale si basa quasi esclusivamente su varietà autotetraploidi, propagate tramite tuberi-seme, caratterizzate da elevata eterozigosità ma anche da una limitata diversità genetica, frutto della selezione di pochi genotipi sviluppati nel XIX secolo.

Frusciante: La sua condizione di specie poliploide con eredità tetrasomica ha rappresentato una sfida significativa nel processo di miglioramento genetico, soprattutto perché S. tuberosum presenta una variabilità genetica limitata, complicata dalla difficoltà di effettuare incroci interspecifici.  Quale impatto ha avuto il sequenziamento del suo genoma sul miglioramento genetico?

D'Amelia: L’impatto è stato enorme. Il sequenziamento del genoma ha permesso di analizzare nel dettaglio la variabilità genetica sia tra le varietà coltivate sia negli ecotipi diploidi e nelle specie selvatiche affini. Queste ultime rappresentano una riserva inestimabile di caratteri utili - come la tolleranza a malattie e stress ambientali - ma sono difficili da utilizzare per via di incompatibilità riproduttive. In questo contesto, anche l’Italia ha dato un contributo significativo: è stato infatti sequenziato il genoma di S. commersonii, la prima specie selvatica di patata a essere completamente sequenziata.
Un altro approccio che trovo molto interessante e che si sta facendo strada è la produzione di ibridi diploidi F1 di patata propagati tramite seme vero, capaci di esprimere appieno il vigore ibrido. In questo caso, le più recenti metodologie di sequenziamento consentono di identificare mutazioni deleterie a forte impatto, mappare i loci associati a tratti agronomici di interesse e guidare l’incremento dell’omozigosi nelle linee parentali degli ibridi diploidi F1. Tutto ciò può accelerare in modo significativo lo sviluppo di nuove varietà e superare le sfide imposte dalla sua complessa costituzione poliploide.

Frusciante: Alla patata sono attribuite numerose proprietà salutistiche, legate alla sua particolare composizione nutrizionale e alla presenza di specifici composti bioattivi. Il miglioramento genetico per caratteri qualitativi sta diventando sempre più importante per questa specie. Quale ruolo possono avere le Tecnologie di Evoluzione Assistita (TEA) nel miglioramento di queste caratteristiche? E, soprattutto, queste tecnologie possono essere applicate anche ad una specie poliploide polisomica come la patata?

D'Amelia: La patata è ricca di vitamine, minerali e fibre. Contiene quantità significative di vitamina C, utile in passato per prevenire lo scorbuto durante le lunghe traversate oceaniche. La varietà di colori dei tuberi, tipica delle varietà andine, riflette la presenza di carotenoidi e antocianine. I primi sono precursori della vitamina A, indispensabile per la vista e il sistema immunitario, mentre le antocianine sono potenti antiossidanti che aiutano a prevenire patologie cardiovascolari.
Nonostante la complessità del genoma della patata, le TEA stanno dimostrando grande efficacia anche nel migliorare la produzione di composti bioattivi. Ad esempio, come ricercatori del Dipartimento di Agraria dell’Università di Napoli Federico II e del CNR-IBBR di Portici, abbiamo sviluppato una metodologia TEA capace di aumentare e stabilizzare la produzione di antocianine in linee cellulari di patata. Questo approccio apre nuove possibilità per utilizzare la patata come piattaforma biotecnologica per la sintesi di antocianine per diversi scopi.
Le TEA rappresentano un’opportunità straordinaria per migliorare gli aspetti nutrizionali in tempi rapidi, superando i limiti del breeding tradizionale. Sviluppare varietà arricchite di nutrienti e composti bioattivi potrebbe avere un impatto enorme sulla sicurezza alimentare nei Paesi in via di sviluppo.
Oggi, la rigenerazione da protoplasti, l’uso di linee diploidi destinate al raddoppiamento del corredo cromosomico, assieme allo sviluppo di nanotecnologie, sono tutte tecniche che si stanno affinando con lo scopo introdurre modifiche anche a livello tetrasomico. Questi approcci, oggi confinati soprattutto ai laboratori, potrebbero presto diventare strumenti pratici per i programmi di breeding. Naturalmente, sono necessari ulteriori studi per perfezionare queste tecnologie, ma è realistico pensare che in un futuro non troppo lontano possano tradursi in applicazioni concrete.