MELO/GENETICA Un percorso di ricerca iniziato nei primi decenni del Novecento ieri e oggi dell’attività di miglioramento genetico del melo In questa nota si riportano i principali eventi che hanno caratterizzato l’attività di miglioramento genetico del melo presso l’Istituto Agrario di S. Michele storicamente iniziata negli anni ’30, in seguito sospesa e nuovamente riproposta anche alla luce dei progressi compiuti dalla ricerca nel settore della biologia molecolare Pierluigi Magnago e Silvio Salvi Centro Ricerca ed Innovazione FEM-Iasma Semenzali in produzione, anno 2007 Per una qualsiasi realtà produttiva agricola l’impatto derivato dall’identificazione e dall’introduzione di una nuova varietà che sia veramente migliorativa dell’esistente, può essere molto forte e trascendere il contesto prettamente agrario. Un esempio emblematico è quello che è successo con l’introduzione in Trentino della varietà Golden Delicious, nel periodo successivo alla seconda guerra mondiale. È infatti palese come l’af- Terra Trentina 6/2009 In questa nota riportiamo i principali eventi che hanno caratterizzato l’attività di miglioramento genetico del melo presso l’Istituto Agrario di San Michele, storicamente iniziata negli anni ‘30, in seguito sospesa ed attualmente riproposta anche alla luce dei progressi compiuti dalla ricerca nel settore della genetica molecolare. L’uomo, con la selezione genetica, ha ottenuto miglioramenti nelle capacità produttive di piante ed animali al punto che oggi le nuove varietà possono raggiungere risultati prima inimmaginabili. Anche se è probabile che d’ora in avanti non saranno più possibili simili incrementi produttivi, è verosimile invece che si possano ottenere miglioramenti sostanziali per aspetti che riguardano la qualità del frutto e l’impatto sull’ambiente. Qualità sensoriali, contenuto in sostanze ad azione nutraceutica con effetti benefici sulla salute, facilità di conservazione, sono alcuni tra gli aspetti qualitativi che possono essere migliorati. Minori esigenze idriche, maggiore resistenza alle gelate tardive in fioritura, minori interventi fitosanitari e di fertilizzazione, habitus vegetativi ridotti, sono alcuni esempi di caratteristiche che, se ricercate nelle nuove cultivar, possono contribuire ad un minor impatto ambientale. 19 Terra Trentina 6/2009 MELO/GENETICA 20 Selezione IASMA 90.6.104 in produzione fermazione di tale varietà abbia avuto un effetto volano per la modernizzazione dell’agricoltura Trentina, abbia contribuito a fare della frutticoltura uno dei pilastri economici e, indirettamente, a plasmare la struttura sociale della regione. È d’altra parte comprensibile co- me l’introduzione di una varietà di successo mitighi le motivazioni per la ricerca di ulteriori innovazioni. Questo è, in estrema sintesi, quello che si è verificato in Trentino per quanto riguarda il rinnovo varietale nel settore melo, a seguito dell’introduzione di Golden Delicious. Di riflesso, questo è probabilmente anche il motivo per cui l’attività di miglioramento genetico in melo, iniziata presso la Stazione Agraria Sperimentale di S. Michele ancora negli anni ‘30, venne sospesa all’inizio degli anni sessanta. Golden Delicious è di gran lunga la varietà egemone per le aree Necessità di innovazione Il panorama varietale del melo è in costante evoluzione. Ogni anno vengono rilasciate nel mondo alcune decine di nuove varietà, alcune delle quali, presto o tardi, compariranno sugli scaffali dei nostri mercati. Al tempo stesso, i gusti dei consumatori evolvono e si aprono nuovi mercati con nuove esigenze in termini qualitativi. Come se non bastasse, le varietà subiscono l’evoluzione dei comuni parassiti e l’introduzione di nuovi. È un dato di fatto l’identificazione di sempre nuovi ceppi di Venturia inaequalis, agente della ticchiolatura, o la diffusione anche nei nostri ambienti di Erwinia amylovora, agente del colpo di fuoco batterico. Per tutti questi motivi è palese che la melicoltura Trentina, come qualunque altro settore produttivo, necessiti di continua innovazione anche in ambito genetico-varietale. L’evidente possibilità di affiancare a Golden Delicious nuove varietà, insieme ai determinanti passi che sono stati fatti nel campo della genetica molecolare, che consentono la selezione precoce e celere dei materiali ottenuti da incrocio, sono il motivo del nuovo interesse di FEM-IASMA nel miglioramento genetico del melo. Ieri e oggi Da “Relazioni tecniche sull’attività sperimentale, annali della Stazione Sperimentale Agraria e Forestale di San Michele”: “...Tuttavia, perseverando ed escogitando i mezzi più acconci per sopperire alle deficienti attrezzature, siamo riusciti ad ottenere qualche cosa anche in questo lavoro che, come quello parallelo per la vite, è sempre passato in seconda linea rispetto a quello riservato al miglioramento genetico della patata, il quale richiese, e richiede tuttora la nostra maggiore attività sperimentale”. Con queste parole il p.a. Rebo Rigotti (sperimentatore presso la Stazione Agraria Sperimentale di S. Michele a/A a partire dal 1936 fino al 1959) descriveva l’attività di miglioramento genetico del melo che egli aveva intrapreso presso la sede agraria di San Michele, nonché le difficoltà e l’impegno riservato alle diverse colture. Ancora in “Esperienze e Ricerche: Relazioni tecniche sull’attività sperimentale svolta nell’ottennio 1947-1954”, sono descritti i primi passi dell’attività di Rigotti, da cui si evince anche che i primi incroci furono effettuati prima del 1936, nel vivaio viticolo-pomologico del quale era stato direttore:... “Come per la vite i lavori di miglioramento genetico delle piante da frutto, nelle specie principali coltivate nella Regione Trentino Alto-Adige, furono iniziati presso questa stazione sperimentale nell’anno 1936. Con l’approvazione del Direttore d’allora, Prof. E. Avanzi, si piantarono a dimora alcuni nostri incroci di pesco e di pero ottenuti precedentemente nel Vivaio Viticolo-pomologico delle Aziende Agrarie della C.C.I.A. di Trento. Nella primavera dell’anno 1937, presso questa Stazione, fu effettuata una lunga serie di incroci sul pesco, sul pero e sul melo.... Abbiamo seguito anche in questo lavoro, come per la vite, il principio di effettuare il maggior numero di combinazioni fra varietà e varietà di fruttiferi nella speranza che l’una o l’altra ci avrebbe dato buoni risultati, e di ottenere dalle stesse il maggior numero possibile di semi, ben sapendo che, prima di ottenere da questi un certo numero di piante in produzione, molte si sarebbero eliminate per cause diverse. Anzi vogliamo ricordare che in questi lavori sui fruttiferi le vicissitudini atmosferiche sembrano voler insidiare e spesso annullare l’opera dell’ibridatore, nonostante i suoi sforzi per salvaguardarla contro il rischio che comporta principalmente la fioritura delle piante da frutto.... Inoltre abbiamo constatato come sia imprudente fare della genetica sui fruttiferi in campo di pubblico accesso dove anche i malintenzionati possono agire indisturbati, e come sia poco produttivo il lavoro se non si dispone di una area sufficiente per gli impianti.....” Quanto esposto da Rigotti nel 1955 dimostra che l’attività di miglioramento genetico non è nuova nei programmi di ricerca dell’Istituto di San Michele, ed esprime in modo molto diretto preoccupazioni ed aspettative di chi affronta il lavoro di selezione genetica. Rigotti si occupò Terra Trentina 6/2009 frutticole alpine dove occupa circa il 70% della superficie frutticola. In misura molto minore ed in aree meno vocate al raggiungimento degli elevati standard qualitativi di Golden sono coltivate varietà quali Red Delicious, Gala, Renetta, Braeburn, Fuji, Pinova e Pink Lady. Ulteriori novità si affacciano all’orizzonte quali le varietà Caudle* Camela®, Nicoter* Kanzi®, Jazz®, La Flamboiante* Mairac®, Civni* Rubens®, Civ G198* Modì® e molte altre. È interessante notare come diverse di queste varietà possano competere con Golden Delicious per aspetti qualitativi ed agronomici e, per qualche carattere, possano essere considerate migliorative. Alcuni esempi sono la polpa croccante e succosa di Fuji, Jazz ed Honeycrisp, la conservabilità ed il lento decadimento qualitativo di Pink Lady e Goldrush, la costanza di produzione in Gala. In sintesi, esiste materiale per la riduzione dell’egemonia di Golden Delicious. 21 to non solo locale; attualmente sono conservati nella collezione delle varietà storiche di IASMA. Tutti i lavori di miglioramento genetico si pongono l’obiettivo di ottenere delle varietà migliora- Terra Trentina 6/2009 MELO/GENETICA della creazione sia di portinnesti sia di nuove cultivar di melo. Alcuni suoi ottenimenti varietali, quali la “Meraviglia Rigotti”, “Precoce Rigotti” e “Rubins”, trovarono una certa diffusione in ambi- 22 Semenzali a sviluppo colonnare in produzione tive rispetto alle esistenti. La probabilità di riuscire ad identificare una pianta di valore è influenzata sia dalla qualità dei genitori utilizzati negli incroci sia dal numero di semenzali ottenuti. In ogni tori, tecnici, responsabili della filiera commerciale - distributiva ed anche da parte di consumatori. Questo passaggio in Trentino è di non facile attuazione a causa delle ridotte dimensioni della maggior parte delle aziende frutticole. Il miglioramento genetico nel melo A livello mondiale sono attivi più di 60 programmi di miglioramento genetico del melo; 38 in Europa, 7 in Italia e 3 nella sola regione Trentino Alto Adige (FEM-Iasma, Istituto per la Sperimentazione di Laimburg, Vivai GRIBA). Di seguito tratteremo brevemente alcuni aspetti di biologia e di genetica del melo d’interesse per il miglioramento genetico. Le origini del melo coltivato non sono note. I botanici riconoscono circa 25 specie selvatiche appartenenti al genere Malus. I dati morfologici e molecolari indicano la specie Malus sieversii, diffusa a livello spontaneo nell’Asia centrale come la più simile al melo coltivato. Data la grande facilità con cui, anche in natura, le varie specie di melo selvatico si ibridano vicendevolmente è stato tuttavia ipotizzato che il melo derivi da incroci multipli tra più specie. Una successiva selezione più o meno inconsapevole da parte di grossi animali e dell’uomo avrebbe portato alla diffusione di piante a frutti grandi, succosi e dolci. Attualmente si preferisce quindi identificare il melo coltivato con il binomio Malus × domestica, a sottolinearne la possibile origine ibrida. Stabilire le origini del melo avrebbe un impatto non secondario sul miglioramento genetico in quanto faciliterebbe la catalogazione, la salvaguardia e l’utilizzo delle principali fonti di variabilità genetica utile. Le varietà di melo descritte ad oggi sono circa 10.000, anche se per la grande maggioranza non è nota la loro reale diversità in termini genetici. Inoltre, solo poche decine sono coltivate e commercializzate su scala mondiale. La maggior parte ha un patrimonio genetico diploide, cioè possiede due copie del corredo cromosomico di base (X = 17) per un numero di cromosomi pari a 34 (2X = 2n = 34). Sono presenti anche varietà triploidi (3n = 51), alcune anche economicamente interessanti quali Baldwin, Gravenstein, Jonagold, Mutsu, Stayman Winesap e Renetta Canada. Anche all’interno di una popolazione di piante originate dall’incrocio tra due cultivar elite di melo, il miglioratore genetico deve confrontarsi con una straordinaria variabilità, con progenie che mostrano combinazioni originali di caratteri rispetto ai genitori ed aspetti quali-quantitativi del frutto e della pianta spesso del tutto nuovi. Per inciso, questo implica che la grande maggioranza delle progenie di un qualunque incrocio non sia d’interesse per il breeding. L’estrema variabilità è probabilmente la conseguenza di due cause. La prima è la biologia riproduttiva del melo. In melo, ciascuna nuova generazione è sempre il prodotto di due genitori diversi (a differenza di molte altre specie che possono autofecondarsi). La seconda causa risiede nel particolare processo di domesticazione, che possiamo considerare incompleto. In sintesi, nel patrimonio genetico di una qualsiasi varietà attualmente coltivata continuano a persistere molti geni con effetti negativi sulle performance agronomiche e di qualità del frutto. Tali geni vengono riassortiti in nuove combinazioni nelle progenie di un qualsiasi incrocio, che mostrano quindi una grande variabilità. Terra Trentina 6/2009 ibridatore c’è per questo la tentazione di sviluppare un numero di semenzali superiore a quanto consentito dalle disponibilità di superfici e di risorse per la loro coltivazione. Questo aspetto traspare anche dagli scritti lasciati da Rigotti: non avendo sufficienti disponibilità di mezzi per impostare tutto il processo selettivo nella sede di San Michele, dopo una prima selezione dei singoli semenzali, Rigotti moltiplicava il materiale ritenuto interessante su diversi portinnesti e lo distribuiva alle aziende agricole private:...“Come abbiamo dovuto fare per la vite, dispensiamo gratuitamente i nostri incroci di fruttiferi fra gli agricoltori a titolo di prova e di orientamento…” e deluso poi riferiva: “…purtroppo non ci è dato di poterli seguire per mancanza di mezzi adeguati e ben scarse sono le prospettive di collaborazione dalla maggior parte di coloro che hanno avuto in consegna le piante. Così anche questo lavoro, che pure avrebbe la sua importanza, resta arenato proprio nel momento che dovrebbe giungere al traguardo”. Quanto riportato fa supporre che, fra gli anni 1940 – 1960, in molte aziende trentine ed anche del vicino Alto Adige siano state messe a dimora piante di melo originate dagli incroci effettuati presso San Michele. Purtroppo Golden Delicious ha sicuramente sostituito gran parte del materiale distribuito, e qualche possibilità di ritrovare queste vecchie selezioni rimane solamente nelle aree marginali, in qualche vecchio frutteto con varietà miste. La necessità espressa da Rigotti rimane valida anche oggi: il miglioratore deve poter accedere, con le proprie selezioni migliori, a prove di coltivazione e produzione in diversi ambienti e fare in modo che le proprie selezioni siano giudicate da agricol- 23 MELO/GENETICA Terra Trentina 6/2009 Frutto selezione IASMA A1 anno 2008 24 Un’ulteriore complicazione consiste nel fatto che la maggior parte dei caratteri d’interesse nel miglioramento genetico è a controllo poligenico, cioè sono influenzati anche da diverse decine di geni, il che riduce la probabilità di identificare piante con caratteri migliorati. Questo vale per molte caratteristiche sia quantitative che qualitative del frutto quali la produttività, il contenuto zuccherino, l’epoca di maturazione, la vigoria, ecc. Altri caratteri, pochi in realtà, sono sotto il controllo di uno o pochi geni. Un esempio è la resistenza a ticchiolatura, legata alla presenza di alleli di resistenza ad almeno 6 geni (Va, Vf, Vm, Vb, Vbj, Vg), distribuiti nel genoma, e per i quali gli alleli di resistenza sono stati identificati per lo più in specie selvatiche di melo. Come tutti i geni di resistenza, possono essere superati dall’evoluzione da parte del patogeno di nuovi geni di virulenza, cosa che rende il breeding una continua rincorsa verso nuovi alleli. Una strategia utilizzata per produrre cultivar con resistenza genetica duratura è quella di piramidare (cioè riunire) nella stessa cultivar alleli di resistenza a geni multipli. In tale situazione si riduce di molto la probabilità che il patogeno riesca di nuovo ad evolvere nuovi geni di virulenza in grado di superare tutte le resistenze della pianta. Diversi programmi di miglioramento genetico in melo stanno già concentrando resistenze multiple alla ticchiolatura. Analogamente, possono essere piramidati geni di resistenza a patogeni diversi. Oltre ai geni per la resistenza alla ticchiolatura, è nota la posizione cromosomica di geni per la resistenza a oidio, Erwinia, ed afide. Il processo di riunione di geni di resistenza nella stessa cultivar richiede necessariamente varie generazioni di incrocio. Per selezionare le pochissime piante che presentano le combinazioni favorevoli senza dover effettuare lunghi e costosi test di resistenza, si possono applicare test molecolari a livello del DNA. Tale aspetto è una delle applicazioni della cosiddetta “selezione assistita dai marcatori molecolari” ed è una delle principali ricadute pratiche dei progressi nel campo della genetica molecolare. Il nuovo programma di miglioramento genetico del melo della Fondazione E. Mach -Istituto Agrario di S. Michele. Il miglioramento genetico in melo necessita di tempi particolarmente lunghi: dall’incrocio sono necessari almeno 5 anni per ottenere le prime mele ed altri 6-8 anni per completare le fasi di se- paggio genico, selezione assistita, ecc.). Dal 1999 al 2008 sono state effettuati 469 incroci e sono stati ottenuti più di 140.000 semi che hanno dato origine a circa 90.000 semenzali, 60.000 dei quali sono stati posti a dimora nel periodo 2001-2008 nelle aziende di IASMA presso le località “Giaroni” e “Gardolo”. Altri circa 16.000 sono in coltivazione fuori suolo in tunnel. Le piantine originate da seme hanno una fase più o meno lunga definita giovanile, nella quale l’habitus vegetativo è diverso rispetto alla forma adulta, con la formazione di aculei, una vegetazione più rigogliosa, una minore dominanza apicale, la formazione di gemme a legno molto piccole ed una scarsa o nulla differenziazione a fiore. Nel tentativo di ridurre la durata della fase giovanile tutti i semenzali vengono innestati su portinnesti nanizzanti (generalmente M9). A partire dalla stagione 2005, con l’entrata in produzione dei primi semenzali (incroci 1999 e 2000), è iniziata la selezione per i caratteri pomologici. Le caratteristiche cardine seguite per la selezione sono quelle della qualità del frutto, schematicamente riferibili come: aspetto attraente, gusto gradevole, elevata conservabilità ed elevata serbevolezza all’uscita dal periodo di conservazione (shelf-life). Aspetto, gusto e conservabilità definiscono le potenzialità commerciali di un nuovo ottenimento, mentre la caratteristica agronomica fondamentale per i produttori è rappresentata dalla produttività (elevata e costante). Sono inoltre valutati molti altri aspetti quali resistenza e/o tolleranza alle principali patologie, assenza di fisiopatie, resistenza del frutto alle manipolazioni, precocità di entrata in produzione, facilità di rivestimento ed allevamento della pianta, fioritura tardiva, elevata differenziazione a fiore, ampia finestra di raccolta, eventuali correlazioni tra aspetti qualitativi ed ambiente. All’interno del programma, il processo di selezione è messo in atto in tre livelli successivi. Nel primo livello sono analizzati e valutati i frutti sulla singola pianta originata da seme ed innestata su M9. Dato il ridotto numero di frutti e l’impossibilità di avere delle ripetizioni, in questo livello la selezione è basata principalmente sulle caratteristiche qualitative del frutto. I frutti raccolti sono descritti come aspetto (forma e colore), sottoposti ad analisi distruttive che rilevano le caratteristiche chimico-fisiche della polpa (durezza e grado rifrattometrico); rilievi che sono ripetuti anche durante la successiva fase di conservazione. Durante il periodo di conservazione molte selezioni mostrano un accentuato decadimento. Un numero molto ridotto di selezioni (inferiore all’1%) accede alla fase di valutazione di secondo livello. Nel secondo livello le selezioni sono allevate in parcelle di tre piante. In questa fase, oltre alle caratteristiche pomologiche, sono analizzate le potenzialità produttive. Nel terzo livello, in via di impianto nel 2009, i migliori ottenimenti di secondo livello saranno posti a confronto con le varietà correntemente coltivate, in parcelle di 10 o più piante ed in ambienti diversi. Potenzialità del progetto e primi risultati Il programma annualmente produce ora dalle 8.000 alle 10.000 nuove piante che sono avviate alla selezione di primo livello, identifica ca. 40 selezioni da passare al secondo livello e 1 o 2 da avviare al terzo ed ultimo livel- Terra Trentina 6/2009 lezione dal primo al terzo livello. Successivamente, per le selezioni che si confermano migliorative sono richieste ulteriori indagini per gli aspetti commerciali e per la verifica del gradimento da parte dei consumatori. È quindi chiaro che, quando una nuova cultivar è pronta per la fase commerciale, sono generalmente trascorsi dai 15 ai 20 anni dall’incrocio. Si ha conferma di ciò analizzando l’anno d’incrocio per alcune varietà di recente introduzione. Per esempio, per la cultivar La Flamboiante* Mairac® l’incrocio è stato effettuato nel 1986 (da C. Rapillard Changin – CH), per Nicoter* Kanzi® nel 1992 (da Paul Van Lear - B), e per CIVG 198* Modì® nel 1992 (da M. Leis Ferrara – IT). Sebbene nelle aree di origine queste varietà si siano diffuse precedentemente rispetto ai nostri ambienti, appare evidente il lungo tempo richiesto da programmi di questo tipo. All’inizio degli anni ’90 presso IASMA furono eseguiti alcuni incroci di melo, prevalentemente fra varietà coltivate ed alcune selezioni resistenti a ticchiolatura. Nella valutazione di questo materiale, avvenuta nel periodo 2000 – 2005, sono state individuate diverse selezioni resistenti a ticchiolatura, interessanti soprattutto come portatrici del gene Vf per i nuovi programmi d’incrocio volti alla piramidizzazione delle resistenze genetiche. Il finanziamento, nel 2000, di un nuovo progetto da parte della Fondazione della Cassa di Risparmio di Trento e Rovereto, coordinato dal dr. Riccardo Velasco, ha dato nuovo impulso all’attività d’incrocio nel settore del melo. All’interno di tale progetto è anche cominciata l’integrazione tra le procedure di miglioramento genetico classico (incrocio e selezione) con le nuove tecnologie di genetica molecolare (map- 25 MELO/GENETICA lo valutativo. Terminata l’ultima valutazione potrà essere presa la decisione riguardo a se e quali selezioni saranno avviate ad una ampia valutazione di tipo commerciale, alla fase di registrazione (brevetto vegetale) ed infine alla vera e propria diffusione come varietà. Si può probabilmente affermare che sebbene dal programma non siano ancora state rilasciate nuove cultivar, il periodo più difficile (quello in cui è necessario investire senza poter verificare i risultati) possa considerar- si superato. Sono state infatti già identificate 173 linee di secondo livello ed alcune di esse, almeno dal punto di vista qualitativo, possono essere considerate per il terzo livello di valutazione (l’ultimo prima della fase commerciale). Nel terzo livello, le selezioni più promettenti saranno valutate in almeno due ambienti (Val d’Adige e Val di Non) e confrontate con le varietà standard. La tab. 1 fornisce un quadro numericamente riassuntivo del lavoro svolto e dei materiali prodotti in questi primi anni. In conclusione, dopo dieci anni, il programma di miglioramento genetico di FEM-IASMA sta entrando in una fase di regime e le prime promettenti selezioni sono già state identificate. È prematuro dire se la nuova varietà di successo sia tra queste o se rimane da identificare tra le decine di migliaia di nuovi semenzali in allevamento. Tuttavia, un programma di miglioramento genetico ampio ed organizzato è il miglior modo per aumentare la probabilità di trovarla. Tab. 1 - Prodotti ottenuti dall’attività di miglioramento genetico, nel periodo 1999-2008 Attività 1999-2008 Dislocazione dei materiali fra varietà e selezioni 469 semi ottenuti totale 140.000 totale 60.000 10 ha innestati su M9 50.000 in valutazione pomologica 1° livello 25.000 vaso singolo 16.000 350 mq tunnel Giaroni da valutazioni di 1° livello 211 di cui a dimora 173 0,4 ha Az. Maso Part in moltiplicazione in vivaio 38 Az. Giaroni piante in vivaio 12 Az. Giaroni semenzali in allevamento selezioni di secondo livello selezioni per terzo livello Terra Trentina 6/2009 Superficie impegnata incroci semenzali a dimora 26 Numero Az. Giaroni e Zancanella