Biodiversità, mutagenesi, transgenesi,
cisgenesi e genome editing
Luigi Cattivelli
CREA - Centro di ricerca per la genomica, Fiorenzuola d’arda
mlo (Mildew resistance Locus O): un gene
che conferisce resistenza all’oidio
• Scoperto in orzo
• Conferisce resistenza a tutti i
ceppi noti di oidio
• La resistenza è data dal gene
nella forma mutata (mlo), un
carattere recessivo
• L’assenza della proteina MLO
funzionante conferisce
resistenza
mlo: un mutante ottenuto da mutagenesi in
orzo
Buschges et al., Cell 1997
La mutazione mlo esiste anche in natura
Piffanelli et al., Nature 2004
Il gene MLO e l’oidio esistono in tutte le
specie ma solo in orzo sono stati trovati
piante mlo resistenti
Il frumento ha geni MLO ma non è mai stato
trovato un pianta mlo resistente
• Il frumento ha 3 geni MLO e solo la
mutazione a tutti i geni è attesa
conferire resistenza all’oidio
• Non esistono mutanti naturali di
MLO
• La mutagenesi per la sua natura
casuale ha un probabilità quasi nulla
di produrre nella stessa pianta
mutazioni ai 3 geni MLO
Genome editing ai geni MLO di frumento
rende la pianta resisitente all’oidio
Wang et al., Nature Biotech 2014
Una fragola che reprime il gene MLO tramite
trangenesi è resistente all’oidio
Jiwan et al., Trans Res 2003
Un problema molte soluzioni …
Orzo
Biodiversità
Mutagenesi
Transgenesi
Cisgenesi
Genome editing
Frumento
Vite
Vite
(mlo) (altro gene R)
… ma non è sempre così …
Resistenza
ad insetti (mais,
cotone)
Resistenza
agli erbicidi
Biodiversità
Mutagenesi
Transgenesi
Cisgenesi
Genome editing
(es. BASF Clearfield)
… e non è così facile
• RF1 è un gene di
frumento indotto in
risposta a siccità
• Nelle cellule
dell’epidermide
fogliare al variare del
livello di espressione
di RF1 varia la
resistenza alla siccita
delle cellule
Guerra et al., Plant Physiol 2012
Da un approccio transgenico ad un
possibile approccio di genome editing
E3
VIP2
• RF1 codifica per una E3ubiquitina ligasi che
degrada una proteina
chiamata VIP2
• Nelle cellule
dell’epidermide fogliare
una riduzione di VIP2
conferisce alle cellule
tolleranza alla siccità
RF1
Degradazione
di VIP2
Ricerca di
mutanti in
VIP2
Genome
editing per
bloccare VIP2
Biodiversità, mutagenesi,
transgenesi, cisgenesi e
genome editing possono,
ma non sempre, arrivare
allo stesso risultato
