Un team guidato dal genetista della soia Jianxin Ma della Purdue University ha sviluppato un nuovo strumento biotecnologico per l’addomesticamento dei tratti desiderabili della soia selvatica, come la resistenza agli insetti nocivi delle cicaline. L'uso di tali strumenti, chiamati addomesticamento de novo, rende più semplice per gli scienziati progettare miglioramenti delle colture a partire dalla soia selvatica.
"La domesticazione di una coltura speciale dal suo progenitore selvatico richiedeva migliaia di anni agli antichi agricoltori. Ora potrebbero volerci solo pochi anni", ha detto Ma, professore di agronomia e titolare della cattedra di Soybean Improvement dell'Indiana Soybean Alliance. Utilizzando parenti della soia selvatica, gli scienziati possono usare metodi di editing genetico per modificare i geni che creano nuove varietà più adatte alla produzione agricola.
Ciò è reso possibile dalla scoperta di due lunghi geni RNA non codificanti (lncRNA) con una proprietà insolita. I geni condividono lo stesso locus genetico:si trovano fianco a fianco sullo stesso cromosoma. Ma questi geni controllano molteplici tratti. Generalmente, un gene controlla un tratto.
Ma e 12 coautori della Purdue e di altre istituzioni negli Stati Uniti e in Cina hanno riportato i loro risultati in Nature Genetics . Lo studio identifica i primi geni RNA lunghi non codificanti in qualsiasi specie animale o vegetale domestica che possa essere presa di mira per la selezione umana.
Il coautore Blake Meyers dell'Università della California, Davis, ha evidenziato come il lavoro abbia integrato diversi approcci e scoperte relativi all'lncRNA.
"L'utilizzo di un approccio più tradizionale per mappare i tratti agronomici della soia ha portato alla scoperta di un'unica base molecolare condivisa. I tratti sono diversi e includono le dimensioni delle foglie e dello stelo, ma anche la resistenza agli insetti", ha affermato Meyers, eminente professore di scienze vegetali presso la UC Davis.
"Si scopre che questi tratti sono regolati in modo insolito, da geni che non sembrano produrre una proteina, a differenza della maggior parte dei geni, e invece producono lunghi RNA non codificanti. Il laboratorio di Jianxin ha fatto un ottimo lavoro nel caratterizzare il meccanismo di regolazione e i passaggi che hanno portato all'emergenza evolutiva di questo locus genetico unico," ha detto Meyers.
Il coautore Randall Nelson, professore emerito di selezione della soia presso l'Università dell'Illinois Urbana-Champaign, ha lodato il sinergismo tra i programmi di ricerca che hanno prodotto risultati difficilmente ottenibili individualmente.
"Il mio programma è in gran parte basato sul campo e abbiamo sviluppato una popolazione unica di linee da un incrocio tra soia e soia selvatica per mappare i geni associati alla domesticazione. Il laboratorio di Jianxin è stato in grado di utilizzare in modo creativo queste linee per identificare un nuovo controllo genetico delle principali differenze tra soia e soia selvatica", ha detto Nelson.
"Questi risultati non solo contribuiscono alla nostra comprensione delle modalità alternative di controllo genetico, ma si aggiungono anche alla nostra comprensione dell'addomesticamento", ha affermato. "In futuro, questi risultati aiuteranno nel processo di utilizzo della diversità genetica non sfruttata della soia selvatica."
Gli antichi agricoltori addomesticarono la moderna varietà di soia ampiamente prodotta, chiamata Glycine max, da Glycine soja, una specie selvatica, secoli fa. I geni lncRNA recentemente scoperti sono altamente espressi nella soia selvatica.
"Altamente espressi significa che possono creare più copie di RNA messaggero con strutture specifiche per produrre più copie di piccolo RNA, che inibiscono l'espressione di diversi geni codificanti proteine alla base di questi tratti legati alla domesticazione. Ma questi due geni sono scarsamente espressi nella soia coltivata, "ha detto la mamma. "Sono funzionali nella soia selvatica, ma ora non lo sono nella soia coltivata perché una mutazione è avvenuta naturalmente."
La soia selvatica ha semi, fiori e foglie minuscoli. Tutto diventa più grande nella soia coltivata. La forma pubescente della soia coltivata sviluppa anche steli e foglie più lunghi in forme che conferiscono resistenza agli insetti nocivi come le cicaline.
Nella domesticazione delle colture, gli agricoltori selezionano le piante per aumentare la loro idoneità alle esigenze umane. Cercano caratteristiche come il gusto e piante con semi più grandi e più numerosi che portino a una resa maggiore. Il processo di addomesticamento, tuttavia, riduce la diversità genetica, fondamento dell'allevamento moderno.
La moderna soia domestica soffre di questa ridotta diversità genetica, ponendo una nuova urgenza nella comprensione della più ampia diversità genetica delle specie selvatiche. Grazie alla conoscenza dei geni responsabili di vari tratti, i genetisti della soia possono utilizzare metodi molecolari per integrarli in nuove varietà domestiche.
La tecnologia di modifica genetica aumenta la loro capacità di tradurre la ricerca di base nello sviluppo di nuove varietà di soia con composizione dei semi, caratteristiche nutrizionali, contenuto di olio, proteine e amminoacidi essenziali migliorati, ad esempio.
"Consideriamo il nostro team come ricercatori di geni per trovare variazioni genetiche per la produzione di semi di soia migliori per gli agricoltori dell'Indiana e di tutta la nazione", ha affermato Ma. "Il nostro laboratorio e i colleghi avevano precedentemente identificato diversi geni alla base di altri tratti legati all'addomesticamento. Questa conoscenza raccolta ha reso possibile l'addomesticamento de novo della soia selvatica e dei suoi parenti."
Ulteriori informazioni: Weidong Wang et al, I lunghi RNA non codificanti sono alla base di molteplici tratti di addomesticamento e della resistenza alle cicaline nella soia, Nature Genetics (2024). DOI:10.1038/s41588-024-01738-2
Informazioni sul giornale: Genetica della natura
Fornito dalla Purdue University
