Consiglio Nazionale delle Ricerche
Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria (IBBA)
RELAZIONE DELLA DR.SSA FRANCESCA SPARVOLI SULL’ ATTIVITA’ SVOLTA PRESSO IL
CENTRO
DE
CIENCIAS
GENOMICA
DELL’UNIVERSITÀ
NAZIONALE
DEL
MESSICO,
CUERNAVACA, MORELOS, MESSICO
Le leguminose sono un alimento base nella dieta mediterranea grazie alla loro composizione
nutrizionale di eccellenza. In particolare, il fagiolo è una coltura che ben si presta a soddisfare la crescente
richiesta da parte dei consumatori di produzioni alimentari superiori per proprietà nutrizionali e salutistiche.
L’elevato potenziale nutritivo dei fagioli è tuttavia limitato dalla presenza di “fattori antinutrizionali” che
hanno effetti potenzialmente tossici o dannosi per la salute. Fra questi, l’acido fitico è un potente limitatore
della biodisponibilità di microelementi, poiché chela cationi bivalenti, come Fe2+, Zn2+ e Ca2+, con cui forma
complessi insolubili che l’organismo umano non è in grado di digerire: i microelementi vengono così in larga
misura persi. Sebbene la carenza di micronutrienti nella dieta umana sia un problema di estrema rilevanza
per i paesi in via di sviluppo, sorprende che anche nei paesi ricchi la carenza di ferro sia annoverata in una
delle prime dieci cause di rischio di mortalità. Quindi, una delle principali sfide in ambito alimentare è
migliorare le colture di base per il contenuto e la biodisponibilità di microelementi. Una strategia per
aumentare i livelli di Fe e Zn negli alimenti di orgine vegetale è quella di produrre piante i cui semi abbiano
un basso contenuto di acido fitico (lpa, low phytic acid) e mutanti lpa sono stati ottenuti in diverse colture
agrarie per la produzione di granella (cereali e legumi).
Se da un lato la riduzione di acido fitico nei semi ha un effetto positivo sulla biodisponibilità di
microelementi essenziali, dall’altro molti studi su mutanti lpa hanno evidenziato la presenza di caratteristiche
agronomiche negative (ridotta produttivita, bassa germinabilità, semi più piccoli, bassa tolleranza a stress
ambientali) associate alle mutazioni lpa. Questi effetti pleiotropici negativi sono tanto più marcati quanto
maggiore è la riduzione di acido fitico. Una possibile spiegazione della ridotta capacità agronomica dei
mutanti lpa è che l’acido fitico, oltre ad avere un ruolo di riserva per fosforo e minerali, è un costituente base
di tutte le cellule eucariotiche in cui rappresenta anche la principale riserva di myo-inoistolo, metabolita
essenziale per molti processi vitali della pianta, e dei suoi derivati fosforilati. Quindi, è evidente che il
miglioramento nutrizionale (riduzione dell’acido fitico) non può prescindere dal mantenimento delle buone
prestazioni agronomiche e che un aspetto molto importante sul piano applicativo è la comprensione della
regolazione genetica e in risposta all’ambiente della via biosintetcia dell’acido fitico.
Nel nostro laboratorio abbiamo identificato in fagiolo un mutante lpa (lpa-280-10) avente nei propri
semi una riduzione del 90% nell’accumulo di acido fitico, una riduzione del 25% del contenuto di galatto20133 Milano - Via Bassini 15 - Tel. (+39) 0223699 - 402 Segr. - 412//413 Amm. – 403 Dir. - Fax (+39) 0223699411
Codice Fiscale CNR 80054330586 – Partita IVA 02118311006
oligosaccaridi e un aumento di circa sette volte di cationi Fe2+ liberi o debolmente legati (Campion et al,
Theroet Appl Genet, 2009, in stampa). Inoltre, dati preliminari indicano che il mutante lpa-280-10 mostra
anche una migliore tolleranza al disseccamento rispetto al suo parentale. Questo mutante è il primo al mondo
ad essere disponibile in una leguminosa adatta al consumo umano e, cosa più importante, non mostra
evidenze di effetti negativi della mutazione sulle prestazioni agronomiche della pianta.
Al fine di caratterizzare a livello trascrizionale il mutante lpa-280-1 è stata avviata una collaborazione
con la Dott.ssa Hernandez, la quale ha sviluppato con successo un elevato numero di sequenze EST e
dispone di macroarray rappresentativi del trascrittoma di vari organi e tessuti di fagiolo. Nel corso di una
prima visita a gennaio 2008 della Dott.ssa Sparvoli sono state effettuate le prime analisi sul trascrittoma del
seme in maturazione utilizzando macroarray specifici dei baccelli in via di sviluppo.
Nel corso della seconda visita a Novembre 2008, grazie al supporto della “Short-Term Mobility, è stato
possibile condurre l’analisi bioinformatica dei dati ottenuti nella prima visita. Sono state ottenute
informazioni importanti su quali geni e/o network di geni sono differenzialmente espressi, permettendo così
di capire quali funzioni sono state toccate dalla mutazione lpa-280-10. Sono stati individuati circa 400 geni
repressi e solo 7 geni attivati nel mutante lpa. I geni differenzialmente regolati sono quindi stati analizzati
utilizzando il software MapMan adattato a fagiolo. Grazie all’impiego di questo software è stato possibile
mettere in evidenza gruppi specifici di geni tipicamente repressi durante la condizione di “drought “. Questo
risultato è estremamente interessante poiché suggerisce una potenziale capacità del mutante lpa-280-10 di
tollerare meglio del parentale condizioni di crescita in carenza di acqua.
Nel corso della visita i risultati sono inoltre stati oggetto di reciproca discussione finalizzata alla
preparazione di un report scientifico da presentare in modo congiunto a un convegno Internazionale sulle
leguminose. Inoltre, è stata discussa la programmazione delle attività da svolgere per la prosecuzione del
lavoro di collaborazione.
Dr.ssa Francesca Sparvoli (Fruitrice)
Dr. Roberto Bollini (Proponente)
Milano, 3 Febbraio 2009
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