Miglioramento genetico dei legumi: qualità, resilienza e sostenibilità nella transizione agro-ambientale

I legumi rivestono un ruolo cruciale nei sistemi agroalimentari: costituiscono una fonte primaria di proteine per l’alimentazione umana, contribuiscono all’apporto di fibre e micronutrienti e sono strategici per la nutrizione animale e l’industria agroalimentare. Sul piano agronomico, la simbiosi con microrganismi azotofissatori consente la fissazione biologica dell’azoto, riducendo l’impiego di fertilizzanti di sintesi e migliorando il bilancio energetico e ambientale delle coltivazioni. In uno scenario segnato da cambiamenti climatici e crescente attenzione alla sostenibilità, tali caratteristiche rendono i legumi centrali per sistemi produttivi più resilienti.
La biodiversità intra-specifica rappresenta il fondamento del miglioramento varietale. Il fagiolo ne è un esempio emblematico: fra i genotipi coltivati, l’ampia diversità per morfologia del seme, ciclo vitale, adattamento e qualità testimonia la ricchezza delle varianti genetiche disponibili. Oggi il miglioramento genetico non può limitarsi all’incremento delle rese, ma deve integrare stabilità produttiva, qualità nutrizionale e sostenibilità ambientale, anche attraverso l’adattamento agli stress, considerando che l’ambiente influenza profondamente il metabolismo vegetale e la composizione dei semi.
In questo quadro si inseriscono le attività dell’Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IBBA), orientate a integrare valorizzazione della biodiversità e strumenti avanzati di miglioramento genetico. Nelle leguminose tale integrazione è resa complessa da un divario tecnologico storico: rispetto ai cereali, queste specie hanno beneficiato di minori investimenti in risorse genomiche, collezioni di mutanti e piattaforme analitiche, con conseguente limitata disponibilità di variabilità allelica caratterizzata per breeding e studi di genetica funzionale.
Per superare tale limite, il CNR-IBBA ha utilizzato la mutagenesi chimica — che introduce mutazioni puntiformi casuali nel genoma — associata a strategie di TILLING, un approccio ad alta capacità di screening che permette di creare nuova variabilità genetica e identificare le varianti alleliche in geni di interesse. Più recentemente, l’approccio è stato potenziato con il sequenziamento di nuova generazione (TILLING-by-Sequencing), applicato direttamente a varietà coltivate di fagiolo, favorendo una più efficiente identificazione delle varianti e una rapida trasferibilità agronomica. Un’applicazione prioritaria ha riguardato la riduzione nei semi dell’acido fitico, una molecola antinutrizionale che limita la biodisponibilità di ferro e zinco. Sono state selezionate linee con riduzione fino al 90% del contenuto di questo composto, da cui, in collaborazione con aziende sementiere, sono stati sviluppati genotipi a più elevato valore nutrizionale per programmi di biofortificazione.
Accanto alla generazione di variabilità casuale, le Tecniche di Evoluzione Assistita (TEA) consentono interventi mirati su geni specifici. Il genome editing mediante CRISPR/Cas può - tra le altre cose -  introdurre modificazioni puntuali senza inserzione stabile di DNA esogeno, riducendo l’aleatorietà della mutagenesi tradizionale, che non è specifica e che richiede pertanto un grosso lavoro di selezione. Nelle leguminose, tuttavia, l’applicazione è limitata dalla recalcitranza di specie come il fagiolo alla trasformazione e rigenerazione in vitro. Per questo il CNR-IBBA impiega specie affini più suscettibili, come la soia, anche come sistemi di validazione funzionale. In continuità con le ricerche sulla qualità nutrizionale, l’editing di un gene coinvolto nell’omeostasi del fosforo ha prodotto linee con significativa riduzione dei fitati, attualmente oggetto di ulteriori analisi molecolari e metaboliche. Al CNR-IBBA le TEA sono inoltre applicate allo studio dell’efficienza nell’uso dell’acqua da parte delle leguminose. L’analisi dei meccanismi che regolano l’apertura degli stomi consente di individuare basi genetiche associate al controllo della traspirazione e di intervenire su nodi chiave delle reti di risposta allo stress. Sono in corso strategie di editing mirato su geni coinvolti nella risposta allo stress idrico, tra cui fattori di trascrizione delle famiglie MYB e DREB, regolatori centrali della risposta alla siccità. L’obiettivo è identificare combinazioni alleliche capaci di migliorare l’efficienza nell’uso dell’acqua senza penalizzare produttività e stabilità delle prestazioni in ambienti a crescente variabilità climatica.
Il miglioramento genetico delle leguminose rappresenta una leva strategica per la transizione agro-ambientale. L’integrazione tra generazione di variabilità, caratterizzazione funzionale e interventi mirati sui geni consente di sviluppare varietà capaci di coniugare qualità nutrizionale, uso efficiente delle risorse e resilienza agli stress. Investire nella ricerca genetica su queste colture significa rafforzare la competitività delle filiere, ridurre la dipendenza da input esterni e contribuire alla sostenibilità dei sistemi produttivi e alla mitigazione degli effetti dei cambiamenti climatici.

(* Gli Autori sono soci SIGA, Società Italiana di Genetica Agraria)