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I Plant phenomics is the study of plant growth, performance
and composition.
Figure
What is phenomics?
Phenome = Gene × Environment
or the expression of the genome as
traits in a given environment.
Robert T. Furbank , Mark Tester
Phenomics ? technologies to relieve the phenotyping bottleneck
Trends in Plant Science Volume 16, Issue 12 2011 635 - 644
http://dx.doi.org/10.1016/j.tplants.2011.09.005
L'era delle scienze “omiche”
GENOMICA per il FOOD
Nuovi Formulati di Alimenti: Pasta,
Pane e Biscotti
Farine e Semole Speciali
di tipo Funzionale
ben caratterizzati per le molecole in
essi contenuti e
pronti per conquistare nuovi mercati
Conoscenza dei meccanismi molecolari regolati
da singoli componenti alimentari, capaci di
migliorare la funzione cellulare e il metabolismo
Genomica non Food
- Incremento delle quantita' di
Biomassa per unita' di Superficie
- Elevata qualita' delle biomasse
destinate alle fermentazioni es. basso contenuto di lignina
PROTEOMICA
Definire
Come un prodotto genico (proteina)
dialoga con un altro prodotto genico
(interazione proteina-proteina) e come
entrambi rispondono al loro diretto
superiore,il DNA, in modo da definire una
buona volta come è fatto un fenotipo
attraverso il suo genotipo.
GENOMI D’ITALIA
2001
2002
2007
2009
2009
CRA FIOR
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
6
7
T. aestivum Chinese
Spring
A
B
?
1
2
3
4
5
?
D
D
Ae.tauschii
1
2
3
4
5
6
7
CROMOSOMA 5A
5088 geni intero cromosoma
1593 braccio corto
3493 braccio lungo
Regolano
37 processi biologici(risposta a stress ecc.)
25 funzioni molecolari(DNA binding ecc.)
25 componenti cellulari(membrane,mitocondri ecc.)
Vitulo et al PloS ONE 2011
Un genoma è come tante orchestre
NUOVE ESIGENZE
DELL’UOMO
 Disponibilità di cibo in tutte le aree del pianeta
 Alimenti sempre più rispondenti ai fabbisogni della
società umana più esigente in termini di
sicurezza,TRACCIABILITA', qualità e funzionalita’
 Capacità di produrre bioenergia, molecole industriali,
farmaci
 Sistema di sicurezza per fitodecontaminare i suoli
NUOVI SCENARI
AGROAMBIENTALI

Disponibilità di: elementi nutritivi – H2O
 Aumento o abbassamento delle temperature
 Aumento della CO2
Sconvolgimento del fotoperiodo?
 Patogeni più aggressivi
Monitoraggio nuovi prodotti e processi
-Sviluppo di metodiche piu' sicure
FACE is considered the most advanced technology to investigate
experimentally the impact of rising atmospheric CO 2 on terrestrial
ecosystems
The
container of
CO2 and the
system of
heating and
vaporization
the control
unit of a
ring of the
FACE
facility
Effect of elevated CO2
on oat yield and quality traits?
A rings of the FACE facility installed in
Fiorenzuola d’Arda with its control unit
PLANT for the FUTURE
Italian Program PLANT for the Future
NUE e WUE MIRNA
METAGENOMIC
PLANT-soil-microbe-interaction ROOTS
SCIENCE for FARMING
SYSTEMS BIOLOGY
The STRATEGY should be based on:
- Use of Genetic Resources (new alleles)
- Produce Genome-based resources to support
molecular breeding
- Crop physiology- advanced Agronomy – Quality traits
for phenotyping
- Bioinformatic tools
- New processes
- Integration of the actors of the chain including farmers
- Dissemination of the new materials and technologies
- Questo modello di pianta integrato in un nuovo
percorso produttivo di ” Systems Biology”
garantirà sicuramente cibo a tutti sul Pianeta.
- Con questo in mente i Ricercatori e postDoc
frequentano i nostri laboratori con
serio impegno e fede incrollabile, nello sforzo
immane di partecipare alle scommesse internazionali
FINAL AIM
is to collaborate with International Projects
and implement the Italian leadership on
agriculture research, breeding and farming,
in order to deliver safe, high quality and
functional foods, pharmaceuticals,
and row materials for energy
in a sustainable production
Imperativo Categorico:
Organizzare Progetti in forma
integrata, in modo che dai
risultati di alta tecnologia si passi
allo sviluppo di Nuovi Prodotti e
Processi competitivi a livello
Mondiale
Nuovo Scenario

Il periodo dell’abbondanza si è concluso (eccesso di scorte, set
aside, ecc.)
 I prezzi dei prodotti agricoli, a partire dalla metà degli anni ’90,
continuano a crescere.
 Cina e India sono già importatori di cibo.
 L’Arabia Saudita compra cereali per garantirsi le scorte per due
anni.
Nel prossimo futuro
- La crescita della domanda di prodotti agricoli si
raddoppierà rispetto all’offerta.
- Non si disporrà di nuove terre.
- Come aumentare la produttività e garantire sicurezza
alimentare?
- Innovazione scientifica e tecnologica per aumentare la
produttività e qualità dei prodotti agricoli per unità di
superficie.
- Aumentare la competitività del Paese.
- Scienza, Ricerca e Tecnologia dell’avvenire.
Sin dall'Antichita' l'Agricoltura ,
la Produzione e Sicurezza degli
Alimenti
si sono Basate sulla Scienza e
la Tecnologia
e
OGGI?
La Moderna Agricoltura si Fonda sui
Principi della Biologia !
Per TUTTI !
STONE- BREAKER
STONE- DRESSER
MANNERIST
Scorte mondiali di cereali
NEL 2000 BASTAVANO
AD ALIMENTARE
L’UMANITÀ PER
115 GIORNI
Scorte mondiali di cereali
OGGI BASTANO PER
57 GIORNI
Siamo in grado nel breve-medio termine di
rispondere ai nuovi scenari agroambientali?
SI
Future strategie di miglioramento attraverso:
“Sistems Biology” o Biologia dei Sistemi
Struttura del Genoma
Funzione e Regolazione dei Geni
Interazione Genica
Struttura e Funzione delle Proteine e
Tappe Metaboliche Coinvolte
Espressione Fenotipica della Pianta
nell’Azienda Agraria
Controllo qualita' dalla Farm alla Fork
PIANTE AGRARIE
Caratteri di importanza agronomica: produttività, qualità, resistenza a stress, produzioni non-food, ecc
Genoma
Trascrittoma
proteine,
Metaboloma
metaboliti
Interazione tra geni e interazione tra proteine, identificazione
della funzione dei geni e di tappe metaboliche
Definizione delle basi molecolari (genotipo) dei caratteri agronomici (fenotipo)
RICADUTE
Competitività internazionale, attivazione di un “sistema nazionale” per la genomica in agricoltura, sviluppo di
nuovi prodotti e nuove filiere agroalimentari.
AZIONI DEL PIANO
Database di sequenze,
Proteoma
22 maggio 2009