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