Risultati della Ricerca Titolo Piattaforma di sequenziamento massivo parallelo per il miglioramento genetico Descrizione estesa del risultato Tra le scienze “omiche”, la genomica, come noto, si occupa dello studio della struttura, contenuto, funzione ed evoluzione del genoma degli organismi viventi, mentre la trascrittomica studia l'espressione dei geni attraverso la caratterizzazione degli RNA messaggeri di un intero organismo o di un particolare organo, tessuto o cellula in un particolare punto dello sviluppo dell'organismo o sotto particolari condizioni ambientali. Entrambe queste scienze utilizzano la bioinformatica, che impiega statistiche computazionali per l'elaborazione e la visualizzazione dell'enorme quantità di dati che possono venire prodotti. Nel settore agro-alimentare, gli studi globali del genoma e del trascrittoma hanno grandi potenzialità, dal momento che aprono prospettive nuove per la conoscenza approfondita della struttura e funzionamento dei genomi delle piante coltivate, degli animali di interesse zootecnico e dei microrganismi, siano essi patogeni, tellurici o di rilevanza tecnologica. Il recente sviluppo delle tecnologie di sequenziamento massivo parallelo (Next Generation Sequencing, NGS) sta però radicalmente cambiando i progressi della genomica e trascrittomica, rendendo disponibili strumentazioni ad altissima processività per il sequenziamento di acidi nucleici con significativo abbattimento dei costi analitici, oltre che dei tempi di realizzazione delle analisi. Gli strumenti NGS inoltre non sono destinati esclusivamente al sequenziamento, come i classici sequenziatori multicapillari, ma, coniugando un nuovo approccio tecnologico alla potenza e precisione d’analisi, hanno l’altissimo pregio della versatilità e possono quindi trovare vaste applicazioni nel de novo sequencing, nel risequenziamento, nell’analisi del trascrittoma e dell’epigenoma. Come risultato globale, nell’ambito del progetto SICERME, CRA-GPG ha acquisito e messo in piena operatività una piattaforma NGS. In particolare, è stato installato e collaudato lo strumento GA II X e messo in opera il server (su sistema operativo Ubuntu) di supporto alla macchina. Parallelamente a questo, sono state sviluppate tutte le expertise necessarie per l’utilizzo ottimale di questa piattaforma high-througput per gli obiettivi della caratterizzazione del genoma, del trascrittoma e della popolazione di microRNA in diverse situazioni sperimentali ed in differenti organismi. Intensa è stata a questo proposito l’attività di formazione, sia passiva-dei ricercatori CRA-GPG, sia attiva, con l’organizzazione da parte di CRA-GPG di cicli di seminari e di due importanti corsi di formazione aperti alla comunità dei ricercatori e focalizzati su utilizzo e applicazioni di tecniche NGS ed analisi bioinformatiche relative. In conclusione, CRA-GPG dispone attualmente, come risultato trasferibile e maturo, di una piattaforma NGS e tutte le relative expertise, oltre che dei protocolli validati relativi a tutti i passaggi delle analisi, che comprendono il campionamento, l’estrazione e quantificazione degli acidi nucleici, la generazione delle librerie, il sequenziamento, la raccolta e storage dei dati, la loro analisi bioinformatica. E’ chiaro come questa piattaforma e le conoscenze dei ricercatori possano servire per l’individuazione di marcatori utili per il miglioramento genetico del frumento, come realizzato nell’ambito SICERME, ma anche, in prospettiva, per il miglioramento genetico di altre piante coltivate-erbacee ed arboree e per caratterizzazioni molecolari in organismi animali e microbici. ___________________________________________________ Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura 1/5 Responsabile del risultato Valeria Terzi Via S. Protaso, 302, 29017 – FIORENZUOLA D'ARDA () Tel.: +39-0523-983758 E-mail: [email protected] Anno 2012 Classificazione del risultato Comparto produttivo: Produzioni vegetali fresche e trasformate CEREALI E PRODOTTI DERIVATI Frumento Particolari categorie COMPARTO VIVAISTICO/SEMENTIERO di prodotti/comparti Comparto vivaistico/sementiero produttivi: Categorie di ambiti di STRUTTURE, IMPIANTI, MACCHINARI E ATTREZZATURE ricerca: Strutture, impianti, macchinari e attrezzature STRUTTURE, IMPIANTI, MACCHINARI E ATTREZZATURE Parole chiave sequenziamento genoma Trasferibilità del risultato Si, trasferibilità immediata Natura del risultato di processo Aree interessate Aree a clima continentale Aree a clima mediterraneo Aree montane Impatto dal punto di vista tecnico introduzione di tecnologie innovative razionalizzazione della selezione genetica Impatto dal punto di vista socioeconomico ___________________________________________________ Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura 2/5 miglioramento qualitativo valorizzazione prodotti tipici/tradizionali locali aumento produzione unitaria Impatto dal punto di vista ambientale aumento e conservazione sostenibilità dell’attività agricola sostenibilità ambientale delle produzioni Presupposti di contesto altro Soggetti istituzionali da coinvolgere Rete interregionale per la ricerca agraria, forestale, acquacoltura e pesca Parco scientifico e tecnologico Università Ditte sementiere Ditte vivaistiche Enti di ricerca Potenziali utilizzatori Ditte vivaistiche Ditte sementiere Laboratori pubblici per la qualità alimentare Industrie di settore Centri di miglioramento genetico Consorzi di tutela e valorizzazione Organismi di certificazione Enti di ricerca Università Modalità di diffusione Sito web/internet Partecipazione a bandi Misure PSR Partenariati ricerca e competitività Progetti comuni con i vari soggetti, istituzionali e non, interessati Progetti comuni con consorzi di tutela Progetti comuni con ditte vivaistiche Progetti comuni con ditte sementiere ___________________________________________________ Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura 3/5 Pubblicazioni Non sono presenti Pubblicazioni collegate al risultato ____________________________________________________ Progetto / Ricerca di riferimento Titolo del progetto Sistema Integrato per lo sviluppo della Cerealicoltura Meridionale - Sicerme - Prosecuzione Coordinatore del progetto Massimo Palumbo Corso Savoia, 190, 95024 – ACIREALE () Tel.: +39-095-7653111 E-mail: [email protected] Ente finanziatore Ministero delle Politiche Agricole Alimentari e Forestali, MiPAAF Breve descrizione del progetto e dei suoi obiettivi Il progetto intende integrare e proseguire alcune delle attività di ricerca realizzate nell’ambito del progetto SICERME – Sistema Integrato per lo sviluppo della Cerealicoltura Meridionale – nel quadriennio 2005–2009. Esso pertanto persegue l’obiettivo di favorire uno sviluppo integrato della filiera del grano duro nelle regioni mediterranee, fornendo agli operatori del settore le innovazioni di prodotto e di processo necessarie per un rilancio della coltura e dei prodotti trasformati. Il nuovo progetto è articolato in tre macro-aree ed in diverse azioni che si caratterizzano per una forte interdisciplinarietà e notevole ricaduta sul territorio, e coinvolgono strutture di ricerca già da tempo impegnate in reciproche collaborazioni nell’ambito di diversi progetti di ricerca. Le tre Aree di ricerca (AR) riguardano le tematiche di seguito descritte, articolate nelle seguenti Azioni : AR 1 - Genetica e breeding del grano duro per gli ambienti mediterranei • Azione 1.1 - Una piattaforma di sequenziamento massivo parallelo per l’analisi genetica, genomica e per lo sviluppo di moderni programmi di miglioramento genetico di specie agrarie mediterranee (CRA-GPG) • Azione 1.2 - Selezione di nuovi genotipi di frumento duro per gli ambienti mediterranei (CRA-ACM) • Azione 1.3 - Valutazione qualitativa ed analisi genotipica, mediante marcatori DArT (Diversity Array Technology), di una collezione di germoplasma di frumenti tetraploidi (CRA-CER). AR 2 - Agricoltura di precisione e Sistemi colturali sostenibili • Azione 2.1 - Uso di tecnologie per l’applicazione variabile (TAV) nell’Agricoltura di Precisione (CRA-SCA, CRA-CER, CRA-ACM) • Azione 2.2 – Studio di tecniche conservative di gestione del suolo e delle risorse idriche ___________________________________________________ Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura 4/5 (CRA-ACM) • Azione 2.3 - Valutazione dell’efficacia di differenti tecniche di gestione conservative (AC) e sito-specifiche (AP) del suolo sulla risposta quali-quantitativa del frumento duro (CRA-CER). AR 3 - Valorizzazione della qualità nella filiera del grano duro • Azione 3.1 - Il “whole grain” per valorizzare la qualità funzionale del frumento duro (CRA-QCE) • Azione 3.2 - Valutazione della capacità fermentativa di ceppi di lieviti nella panificazione industriale del frumento duro (CRA-ACM) • Azione 3.3 - Determinazione dell’attività amilasica in semole rimacinate di grano duro impiegate in panificazione e prove di panificazione per valutare l’attività enzimatica di differenti prodotti commerciali (CRA-ACM) • Azione 3.4 - Determinazione della variabilità nel contenuto in pigmenti carotenoidi, dell’attività LOX e dei livelli di espressione delle tre isoforme di LOX in frumento duro (CRA-CER) U.O. / Partner coinvolti nella realizzazione del risultato Centro di ricerca per la genomica vegetale (Fiorenzuola d’Arda PC) Referenti istituzionali già coinvolti nella ricerca Non sono presenti Referenti già coinvolti per il risultato ___________________________________________________ Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura 5/5