Natura 100-1_DNABarcodingPiante

La vita in codice a barre: DNA barcoding delle piante
di Gabriele Galasso & Enrico Banfi
Nel 2003 il biologo canadese Paul Hebert sviluppò un metodo di identificazione
per i metazoi, ovvero per gli animali pluricellulari, basato sull’analisi della variabilità di una specifica sequenza del DNA e chiamò tale metodologia “DNA barcoding”, cioè “Codifica a barre del DNA”. Questo procedimento si basa sull’analisi
di un breve segmento di un gene; nella maggior parte degli animali, ad esempio, si
utilizza il gene per la citocromo ossidasi 1 noto come coxI. Questo tipo di geni nei
metazoi si evolve abbastanza velocemente ed è pertanto capace di differenziare le
singole specie identificandole, nella maggior parte dei casi, in modo univoco.
Sulla scia del successo dell’iniziativa di Hebert, numerosi scienziati in tutto il
mondo si sono coordinati in un gruppo di lavoro internazionale (Consortium for
the Barcode of Life, CboL, http://barcoding.si.edu/) e hanno applicato questo
metodo, ad esempio, all’identificazione degli uccelli (All Birds Barcoding Initiative: http://www.barcodingbirds.org/), dei pesci (Fish Barcode of Life Initiative:
http://www.fishbol.org/) e dei lepidotteri (All Leps Barcode of Life: http://www.
lepbarcoding.org/).
Saggi d’erbario del
Museo di Storia
Naturale di Milano
appartenenti alla
famiglia delle
Lamiaceae dai quali
sono stati prelevati
piccoli frammenti
per l’estrazione e il
sequenziamento del
DNA.
(Foto: L. Spezia).
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Il sistema di identificazione basato sulla coxI mitocondriale non risulta tuttavia
funzionale per i vegetali. Al fine di ovviare a questo problema, negli ultimi anni
sono stati identificati altri marcatori per il DNA barcoding delle piante. Si tratta
di sequenze di DNA presenti in alcuni tratti del genoma del cloroplasto, come la
regione trnH-psbA, il gene matK o il gene rbcL, che presentano caratteristiche
simili alla coxI utili per l’identificazione delle specie. Occorre però sottolineare
che questo approccio all’identificazione degli organismi viventi non è sostitutivo
dei tradizionali metodi di classificazione e descrizione, basati su minuziose analisi
dei tratti morfologici e di altre caratteristiche cariologiche, ecologiche, etologiche e
geografiche, ma ne rappresenta un’integrazione, con alcuni importanti ed esclusivi
vantaggi:
Esempio di foglio
d’erbario del Museo
di Storia Naturale
di Milano dal quale
sono stati prelevati
piccoli frammenti
per l’estrazione e
il sequenziamento
del DNA: Betonica
hirsuta (= Stachys
pradica (Zanted.)
Greuter & Pignatti).
(Foto: L. Spezia).
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- permette di identificare un organismo (o un complesso di organismi) senza
possedere un bagaglio di conoscenze specialistiche;
- permette di risalire alla determinazione di una specie anche analizzandone una
piccola porzione. È, infatti, sufficiente un frammento fogliare per l’analisi, fatto
che rende il metodo meno distruttivo;
- grazie alle attuali tecnologie è possibile eseguire analisi di DNA barcoding molto
velocemente e a costi accessibili;
- le moderne tecniche biomolecolari di estrazione del DNA permettono di lavorare
anche su materiale molto vecchio, quale quello conservato negli erbari.
Saggio d’erbario
del Museo di Storia
Naturale di Milano
dal quale è stato
estratto il DNA
per la creazione
della genoteca:
Betonica alopecuros
(= Stachys a. (L.)
Benth.).
(Foto: L. Spezia).
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Il codice a barre
non interessa solo i
prezzi dei prodotti
nei supermercati
ma oggi viene
largamente applicato
al campo della
genetica molecolare,
quale carta
d’identità di ogni
organismo vivente.
(Disegno: M. Mura).
Nel campo delle scienze naturali questo approccio rivoluziona i metodi di stima e
analisi della diversità biologica, in quanto permette di identificare gli organismi di
una determinata area semplicemente esaminando parte del loro DNA, capire se si
spostano, come si spostano, da dove provengono e se le popolazioni presenti sono
eterogenee o costituite da uno solo o da pochi genotipi. Questi sono alcuni dei motivi che spiegano la rapida diffusione della tecnica anche al di fuori della comunità
scientifica, tanto che il numero dei nuovi progetti è difficilmente calcolabile. Il
DNA barcoding si è, infatti, dimostrato una tecnica estremamente flessibile, che
ha rapidamente lasciato l’ambito della ricerca pura per estendersi a svariati campi,
dal controllo della qualità merceologica all’ambito forense e delle frodi alimentari,
dalle indagini ambientali alla diagnostica medica e veterinaria.
Lo studio della flora spontanea, lombarda e italiana, costituisce l’attività di ricerca principale della Sezione di Botanica del Museo, così come l’implementazione
dell’erbario. Per questo, nel 2009 il Museo ha iniziato una collaborazione con lo
ZooPlantLab del Dipartimento di Biotecnologie e Bioscienze dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca per l’avvio di un progetto nazionale relativo al DNA
barcoding delle piante che porterà allo sviluppo di due importanti banche dati di
riferimento:
- creazione di una genoteca (banca di DNA) di organismi viventi appartenenti al
regno vegetale (angiosperme e, in parte, gimnosperme), che sarà ubicata presso
l’Università;
- razionalizzazione e incremento dell’erbario del Museo di Storia Naturale di Milano,
al fine di creare, al suo interno, la banca di campioni biologici corrispondente a
quella genomica dello ZooPlantLab.
Per la prima volta saranno quindi disponibili sia le piante sia il loro DNA e la
connessione tra i “due mondi” sarà gestita mediante una infrastruttura informatica
ad hoc. L’attività è stata avviata nella primavera del 2009, con i primi prelievi di
piccoli frammenti vegetali dagli exsiccata dell’erbario del Museo e la raccolta di
nuovi esemplari. Si è deciso di iniziare con la famiglia delle Lamiaceae (comprendente numerose specie utilizzate come spezie) e dalle piante velenose. Sono già state estratte le prime molecole di DNA e si sta procedendo alla loro amplificazione,
purificazione e sequenziamento.
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