GENETICA E GENOMICA
La Missione….
Ricerca e sviluppo a livello pilota e/o
prototipale di processi/prodotti a base
biologica, a forte contenuto innovativo e
suscettibili di interesse per imprese industriali
high-tech.
BIOTEC GEN
La Variabilità genetica: una risorsa preziosa
BIOTEC GEN
Sequenziamento automatico ad alta capacità
DNA
microarray
Analisi Proteomica
Genomica a Flusso
BIOTEC GEN
DNA, Cromosomi, cellule e piante:
La plasticità degli esseri vegetali
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BIOTEC GEN
Biotecnologie e Miglioramento Genetico
• Fusione di cellule (protoplasti) da diversi genotipi
• Localizzazione di geni tramite marcatori molecolari
e clonaggio genico
• Trasferimento mirato di nuove caratteristiche
tramite
-trasformazione con Agrobacterium
-metodo biolistico
-assunzione diretta di DNA.
BIOTEC GEN
I tessuti vegetali sono costituiti da cellule “TOTIPOTENTI”,
in grado di rigenerare una pianta identica a quella di partenza.
Le cellule vegetali private della parete cellulosica,
dette PROTOPLASTI, possono essere manipolate con
le tecniche dell’ingegneria genetica e/o cellulare per ottenere
linee cellulari trasformate con specifici geni e ibridi somatici
con caratteri complessi.
Da esse si rigenerano piante identiche al genitore tranne
che per i caratteri eventualmente inseriti.
BIOTEC GEN
Ibridazione somatica:
trasferimento di caratteri
poligenici tra specie non
compatibili
- Somma i genomi di ambedue le specie
- Trasferisce caratteristiche poligeniche
- Richiede selezione e/o reincrocio
BIOTEC GEN
Le Cellule Vegetali sono Totipotenti
BIOTEC GEN
Micropropagazione….
Moltiplicazione rapida di piante
di valore sperimentale e/o
economico
- Risanamento da malattie
- moltiplicazione di specie rare
- moltiplicazione di specie da reddito
a propagazione vegetativa
- velocizzazione dei cicli produttivi
BIOTEC GEN
DNA
Metodi
molecolari di
inserimento
di geni
in pianta
BIOTEC GEN
Genetica e Genomica
le ricerche in corso ..........…
Ingegneria metabolica e “molecular farming”
Genomica funzionale e Proteomica in specie utili
Silenziamento genico e interazioni virali con la pianta
Miglioramento Genetico Assistito via “Fingerprinting”
molecolare di specie vegetali tipiche
Caratterizzazione di microorganismi utili dell’ambiente
mediterraneo
BIOTEC GEN
Le PIANTE COME FERMENTATORI
Vs
BIOTEC GEN
Il Virus X (PVX) della patata espone
sulla superfice determinanti antigenici
di HIV
gp 41
Virus vegetale PVX
Che prospettive?
- alta risposta anticorpale senza pericolo di infezione
- possibile sviluppo di un vaccino nel medio periodo
- attualmente sperimentazione sull’animale
HIV-1
•Ogni particella virale
è rivestita di 1400 ca
elementi
proteici,
ciascuna delle quali
espone esternamente
l’antigene gp 41
BIOTEC GEN
Produzione di vaccini in pianta
Produzione ad alta resa
di anticorpi
“Moltiplicazione in pianta di
anticorpi contro virus“
Nel medio termine:
Rilascio di nuovi vaccini edibili a
basso costo
Produzione piu’ sicura di
antigeni
per sollecitare la risposta
anticorpale
Che vantaggi?
- alta compatibilta
- minori rischi patogenici
e costi di produzione
- migliore conservabilità
BIOTEC GEN
Un esempio sperimentale: l’incremento del contenuto di pigmenti
antiossidanti (Carotenoidi) in pomodoro
Lycopene
β-cyclase
β-carotene
A) Via Biosintetica
C) Fenotipo
µg/gm fresh weight
200
Lycopene
β-carotene
Xanthophylls
100
0
Overexpressors
B) Costrutti
Parental
Antisense
D) Contenuto in carotenoidi
BIOTEC GEN
Analisi Genomica e Proteomica In Specie Tipiche
- pomodoro
Principe Umberto
Toscano
S. Marzano
Giallo invernale
Genomica
Proteomica
Corbarino
BIOTEC GEN
Blocco dell’espressione genica tramite infezione virale
“gene silencing”
The EMBO Journal (2002); 21:3070-3080
BIOTEC GEN
Controllo del genoma ed isolamento di caratteristiche utili
ANALISI DELLA
STABILITA’
GENETICA e
GENOMICA
ANALISI E
SORTING DI
CROMOSOMI
VEGETALI
COSTRUZIONE DI
LIBRERIE di DNA
CROMOSOMA
SPECIFICHE
A cosa serve…
-controllo di “qualità” dei materiali (stabilità genetica)
- identificazione (sonde molecolari)
- isolamento di parti definite del genoma (cromosomi) per
l’isolamento di geni e della loro organizzazione
BIOTEC GEN
Caratterizzazione genetica di specie tipiche tramite marcatori molecolari
- agrumi
BIOTEC GEN
MAS - Selezione Assistita con Marcatori Molecolari
“Nuovi” legumi per ambienti aridi
•Selezione di piante con
caratteristiche
superiori
mediante trasferimento di
geni
presenti
nel
germoplasma
naturale
della specie
1a
•Il risultato dei programmi
di miglioramento genetico
è garantito se il carattere
è presente tra le specie
sessualmente compatibili
1b
1c
3
2
•I risultati sono attesi sul
medio lungo periodo (7-10
anni)
•L’integrazione con le
Biotecnologie puo’ ridurre
del 50-80% i tempi di
conseguimento dei risultati
attesi
BIOTEC GEN
Utilizzo
di
specie
microbiche in agricoltura
per il controllo biologico dei
patogeni vegetali
Impatto
sull’ambiente
dell’uso
di
specie
microbiche in agricoltura e
valutazione del rischio per la
salute umana
BIOTEC GEN
Burkholderia cepacia complex
Microbiologia applicata all’Agricoltura ed alla
Salute: Possibilità di interazione e caratterizzazione
•Biocontrollo
•Bioremediation
Fusarium
+B.cep.
Fusarium B.cep. ctrl
Analisi del rischio associato
all’utilizzazione di specifici tipi
di microorganismi
Infezione in pazienti
con Fibrosi Cistica
Polmoni infettati da B. cepacia
L’ambiente naturale come
potenziale serbatoio di
microorganismi patogeni
BIOTEC GEN
Serra sperimentale a contenimento di sicurezza in classe P2 per ricerche su
piante - CR Casaccia
BIOTEC GEN
GENETICA E GENOMICA
VEGETALE
Personale a tempo
indeterminato
Ricercatori
Tecnici
31
18
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49
BIOTEC GEN
2000-2002
PORTAFOGLIO DI PUBBLICAZIONI
SU RIVISTE INTERNAZIONALI
(con referee) 37
“impact factor “ medio di ~ 3,9
PORTAFOGLIO
DI BREVETTI
4
BIOTEC GEN
….alcuni dei Progetti finanziati in corso
Fondo speciale per lo sviluppo della ricerca di interesse strategico (FIRS)
•GENEFUN: Geni e loro funzioni, un approccio integrato
Fondo per gli investimenti e per la ricerca di base (FIRB)
•Da Arabidopsis a Pomodoro: una rete scientifica e una piattaforma
tecnologica per la genomica funzionale dello sviluppo vegetale (Progetto
negoziale)
•Genomica e funzioni geniche della risposta delle piante a stress ambientali
(Progetto negoziale)
•E-GEN: ENEA facility for advanced genomics, proteomics and
bioinformatics(Progetto negoziale)
•Meccanismi molecolari della fotosintesi
(Progetto autonomo)
Piano Operativo Nazionale (PON)
•INAGRIMED: ricerche integrate per l’innovazione di processo e di prodotto
nelle filiere di prodotti tipici mediterranei
BIOTEC GEN
CONCLUSIONI
PRIMA…
Gli studi e le ricerche di Genetica e Genomica Vegetale si sono venute
naturalmente sviluppando nell’ENEA sin dalla sua fondazione come evoluzione delle
attivita’ dell’originario Laboratorio per le Applicazione delle Radiazioni in Agricoltura
ORA…
I prodotti delle ricerche condotte si possono riassumere come:
La pubblicazione di un rilevante numero di lavori scientifici sulle maggiori riviste
internazionali del settore
Lo sviluppo di tecnologie e metodi innovativi per l’analisi, l’isolamento e l’utilizzazione
della variabilità genetica (brevetti, nuove varietà vegetali)
La diffusione delle conoscenze sviluppate tramite la formazione di ricercatori e
l’interazione con il mondo scientifico e produttivo esterno
IN FUTURO…
Una sempre maggiore consapevolezza delle opportunità offerte, e dei limiti, delle
Biotecnologie e dei vantaggi di una integrazione delle conoscenze e delle metodologie
proprie del miglioramento genetico classico per lo sviluppo di prodotti in armonia con
l’ambiente ed utili all’uomo per la sua salute
BIOTEC GEN
GENETICA E GENOMICA
Principali linee di attività:
• Caratterizzazione e miglioramento genetico di piante tipiche
mediterranee per la qualità del prodotto
• Produzione in pianta di molecole ad alto valore aggiunto (vaccini,
anticorpi)
• Ingegneria metabolica per l’ottenimento di nutriceuticals di origine
vegetale
• Caratterizzazione del genoma di specie utili (pomodoro) per il
miglioramento della salubrità dell’alimento, dell’architettura della
pianta, e incremento della sua resistenza a fitopatie
• Caratterizzazione di ceppi microbici utili per la protezione e la
fertilizzazione di piante coltivate, con valutazione delle implicazioni
per la salute umana.
BIOTEC GEN
