Premessa: germoplasma di mais e cambiamenti climatici
Negli ultimi anni la ricerca genetica sta rivolgendo rinnovata attenzione all’importanza che la agro-biodiversità può rivestire, se adeguatamente valorizzata, nel fronteggiare le nuove sfide connesse con il cambiamento climatico e con la transizione ecologica. In particolare, il contributo strategico delle risorse genetiche di mais, conservate presso le banche del germoplasma in Italia e all’estero, non consiste unicamente nella possibilità di utilizzarle per la salvaguardia della biodiversità esistente, ma anche nella opportunità di valorizzarle come preziosa risorsa di pre-breeding nei programmi volti a fronteggiare le nuove sfide poste dai cambiamenti dell’ambiente agro-ecologico. Infatti, i genotipi che nel tempo si sono adattati alle più diverse condizioni ambientali possono a loro volta essere sorgente di nuovi alleli che migliorino caratteri importanti come la resistenza a stress biotici e abiotici, o fonte di particolari caratteristiche di qualità per il miglioramento genetico della specie. Tali varianti non ancora identificate, e perciò sottoutilizzate, meritano pertanto di essere individuate e valorizzate nell’ambito della promozione rurale e della salvaguardia ambientale, anche nell’ambito di iniziative internazionali, tra le quali, EVA – European Evaluation Network for Genetic Resources – Network Europeo di Valutazione delle Risorse Genetiche (2020-2022 – www.ecpgr.cgiar.org/eva-network) (Balconi et al., 2019, 2020).
I modelli climatici più accreditati (IPCC, 2019) prevedono per gli anni a venire un progressivo aumento delle temperature a livello planetario ed un’alterazione della quantità e della distribuzione delle piogge. In queste condizioni le attività agricole, in particolare nell’area mediterranea, saranno soggette ad una crescente aleatorietà e potranno essere gravemente penalizzate, anche in ragione della modesta agro-biodiversità presente nell’ambito degli attuali sistemi produttivi. Anche la coltura del mais potrà subire gli effetti negativi del cambiamento climatico, causati da stagioni calde e siccitose sempre più frequenti e sempre meno prevedibili.
Obiettivo generale del progetto
La sfida affrontata dal progetto DROMAMED riguarda la valorizzazione di nuova variabilità genetica in mais che, unita allo studio di sistemi colturali innovativi (Innovative Farming System IFS), mira a mitigare crescenti condizioni di sofferenza legate agli stress ambientali. DROMAMED supera precedenti progetti di ricerca focalizzati sulla semplice risposta del mais allo stress poiché è caratterizzato dalla raccolta e dallo studio di germoplasma finora non adeguatamente esplorato, il cui studio è affrontato integrando competenze genetiche, biochimiche, agronomiche e fisiologiche dei dodici gruppi di ricerca afferenti ai nove Paesi partner del progetto in un approccio sinergico.
DROMAMED costituisce il primo programma di ricerca così ampiamente condiviso tra i nove Paesi partecipanti, volto alla capitalizzazione di risorse genetiche di mais mediterranee, italiane ed europee nel miglioramento genetico per la tolleranza alla siccità a agli stress correlati. L’area mediterranea è stata il centro di diversificazione di diverse colture provenienti dal Nuovo Mondo, tra cui il mais, che fu introdotto attraverso Spagna, Italia, Portogallo e Francia, Paesi che ancora conservano le maggiori diversità genetiche per questa coltura. Il germoplasma europeo, nei secoli, è stato poi distribuito verso Africa ed Asia, dove si è adattato ad un ampio spettro di condizioni ambientali differenti, incluso il deserto. Per questi motivi è atteso che lo studio di questi materiali possa consentire utili elementi per l’ottimizzazione della coltura negli areali del Sud Europa e Nord Africa e, in prospettiva, in aree più ampie di diffusione di questa pianta.
| Scheda informativa del Progetto DROMAMED (www.primaitaly.it/wp-content/uploads/2021/06/Booklet-Progetti-2020-compresso.pdf) pag 86 Bando: PRIMA (Partnership for Research and Innovation in the Mediterranean Area) Call Multi-topic 2020 Section 2 Thematic area: Farming systems Topic 2.2.1 Re-design the agro-livelihood systems to ensure resilience. Titolo: Capitalization of Mediterranean maize germplasm for improving stress tolerance (DROMAMED) Durata: 36 mesi Data inizio: 01/06/2021 Budget: 1.455.721 Euro Coordinamento: Spagna – CSIC Agencia Estatal Consejo Suerior de Investigaciones Científicas Nazioni partecipanti (9): Algeria, Francia, Germania, Italia, Marocco, Portogallo, Spagna, Tunisia, Turchia Unità di ricerca italiane in DROMAMED e loro ruolo principale: CREA – Consiglio per la Ricerca in Agricoltura e l’Analisi dell’Economia Agraria Centro di Ricerca Cerealicoltura e Colture Industriali – Referente scientifico: Carlotta Balconi Alma Mater Studiorum – Università di Bologna – Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari (DISTAL) Referente scientifico: Elisabetta Frascaroli |
Fasi di svolgimento della ricerca
- La prima fase del progetto prevede l’inventario del germoplasma di mais, mantenuto nei Paesi di entrambe le sponde del Mediterraneo dai partner coinvolti, e la sua caratterizzazione tramite strumenti di caratterizzazione genomica.
- Seguirà l’identificazione dei tipi idonei a sostenere Innovative Farming System (IFS) a input energetico ridotto, tramite valutazioni agronomiche in pieno campo, fisiologiche ad alta processività e fenotipizzazione in ambiente controllato per tolleranza a stress idrico e ad elevate temperature nelle prime fasi di sviluppo.
- Verrà quindi indagato il controllo genetico dei caratteri di resilienza e saranno sviluppati criteri ed indici di selezione utilizzabili dai breeder dell’area mediterranea.
Azioni principali del progetto
Gli obiettivi proposti saranno raggiunti attraverso il coinvolgimento di tutti i gruppi di ricerca partecipanti al progetto e attivi su diversi aspetti della valorizzazione della biodiversità vegetale, specificatamente maidicola, e sullo studio della tolleranza agli stress abiotici, tra cui lo stress idrico ed elevate temperature, in mais.
In Figura 1 sono riportati le principali azioni che si intendono sviluppare, evidenziando i sette Working Packages (WP) secondo cui è articolato DROMAMED:
WP 1 – Assemblaggio di collezioni di mais (Maize collections);
WP 2 – Identificazione di germoplasma idoneo ad implementare IFS
WP 3 – Genetica dell’adattamento allo stress (Genetic analysis of stress tolerance);
WP 4 – Meccanismi biochimici, fisiologici e morfologici di tolleranza allo stress
(Bio-Physio-Morpho analysis of stress tolerance);
WP 5 – Costruzione di modelli di breeding (Breeding models).
WP 6 – Disseminazione dei risultati
WP 7 – Coordinamento del progetto
Figura 1. Principali azioni previste in DROMAMED articolate in sette
Working Packages (WP1 – WP7).
Unità di ricerca italiane coinvolte e loro ruolo in DROMAMED
CREA – Consiglio per la Ricerca in Agricoltura e l’Analisi dell’Economia Agraria Centro di Ricerca Cerealicoltura e Colture Industriali contribuisce specificamente alla valorizzazione delle risorse genetiche tradizionali di mais italiano, attingendo alla propria Banca del Germoplasma presso la quale è conservata la collezione più ampia in Italia e tra le più ricche in Europa (oltre 5700 accessioni conservate ex-situ). La Sede di Bergamo del Crea è per il mais punto di riferimento europeo e italiano i) per la conservazione del germoplasma italiano e ii) per il breeding pubblico, attuato prevalentemente in ambiente lombardo. L’attività, iniziata negli anni ‘70, ha consentito di sviluppare materiale genetico esclusivo e particolarmente adatto all’ambiente considerato. In particolare, sono state sviluppate: i) linee ottenute da varietà tradizionali, per la maggior parte da tutto l’areale geografico italiano negli anni ’50, nel momento in cui si diffondeva la coltivazione degli ibridi, ii) linee élite che, selezionate per decenni nel territorio lombardo, hanno fornito risultati molto promettenti. I due tipi di linee, in aggiunta alla collezione di varietà locali (Landrace), costituiranno il materiale di partenza fornito da Crea per DROMAMED.
Nel dettaglio, Crea in qualità di Co-leader di WP 1 (Assemblaggio di collezioni di mais) sarà impegnato nella raccolta e scelta dei materiali utili al raggiungimento dell’obiettivo finale, coordinando il reperimento delle risorse genetiche delle collezioni dei partecipanti, in particolare di varietà tradizionali e linee pure; sarà inoltre coinvolto nello sviluppo di testcross (incroci tra linea inbred di interesse ed una linea tester) che saranno utilizzati da Crea e dai partner del progetto nell’ambito delle prove di campo collegiali previste, anche per l’analisi genetica delle caratteristiche di adattamento agli ambienti limitanti e ad IFS nell’ambito di WP 2 e WP 3. Crea collaborerà infatti ad una modellizzazione dell’interazione germoplasma x IFS (WP 2). Le linee per se saranno ulteriormente fenotipizzate in ambiente controllato per tolleranza a stress idrico nelle prime fasi di sviluppo (WP 3) e per caratteri biochimici (WP 4).
Alma Mater Studiorum – Università di Bologna (UNIBO) – Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari (DISTAL) contribuisce in particolare all’analisi genetica e alla formulazione dei modelli di breeding. Il Gruppo di Genetica Agraria di UNIBO è attivo fin dagli anni 70 negli studi di genetica e miglioramento delle colture attraverso l’approfondimento di aspetti quantitativi, fisiologici e biotecnologici. In particolare ha un’esperienza nei modelli statistici per l’analisi genetica e per il breeding del mais, con particolare interesse all’analisi di caratteri agronomici quantitativi e di caratteri di adattamento agli stress. Più recentemente sono state oggetto di studio le caratteristiche morfologiche e fisiologiche di apparati radicali ed il loro coinvolgimento nella determinazione della tolleranza agli stress.
Nel dettaglio, UNIBO contribuirà ad individuare materiali genetici utili al raggiungimento dell’obiettivo del progetto, attingendo anche a linee sperimentali sviluppate e caratterizzate dal gruppo di ricerca (WP 1). UNIBO parteciperà alla fenotipizzazione di linee pure per se per caratteri della morfologia radicale connessi con la tolleranza alla carenza idrica (WP 3) al fine di elaborare un ideotipo adatto a diversi IFS e a identificare segmenti genomici convolti nell’adattamento a diverse condizioni agroambientali. Infine, UNIBO contribuirà, in veste di Co-leader di WP 5 (Costruzione di modelli di breeding), all’analisi del modello genetico sviluppato collegialmente e all’impostazione dei programmi di breeding per adattamento a IFS e alle conseguenze dei cambiamenti climatici, fornendo così indicazioni utili ai breeders.
CREA e UNIBO parteciperanno, inoltre, all’analisi critica dei risultati e contribuiranno alla loro diffusione sia in termini di pubblicazioni, che in termini di divulgazione nell’ambito di simposi e convegni, riunioni specialistiche e rivolte agli operatori del settore e agli studenti, (WP 6); contribuiranno, infine, al coordinamento delle attività del progetto coadiuvando il coordinatore nell’ambito del consorzio (WP 7).
Ruolo degli Stakeholders italiani nel progetto
DROMAMED è sostenuto da associazioni di agricoltori e stakeholders che interverranno tramite i loro rappresentanti in Comitati che seguiranno lo svolgimento delle attività progettuali al fine di rafforzare l’impatto sociale dei contenuti e dei risultati che via via emergeranno.
Per l’Italia risulta molto preziosa la partecipazione in DROMAMED di Ami (Associazione Italiana Maiscoltori) e Copagri (Confederazione Produttori Agricoli), con il ruolo di: i) evidenziare le necessità e richieste della filiera maidicola al fine di contribuire ad affrontare i contenuti più urgenti da approfondire in riferimento a risorse genetiche, valorizzazione germoplasma, resistenza stress abiotici, stress idrico, sostenibilità, sistemi colturali; ii) trasferire al mondo agricolo e produttivo le conoscenze tecniche derivanti dalla ricerca condotta per facilitare la coltivazione del mais in condizioni di stress ambientali; iii) proporre, ove possibile, agli agricoltori la coltivazione di alcuni tra i materiali più promettenti evidenziati nel corso del progetto da valutare a confronto con gli ibridi scelti per la propria azienda.
Impatti e risultati attesi
Questo studio ha le potenzialità di evidenziare gli aspetti legati alla tolleranza del mais connessi alla geografia, latitudine, altitudine e al clima, e contribuirà all’identificazione di regioni genomiche associate a stress multipli in condizioni di pratiche agronomiche sostenibili, in condizioni che risultino limitanti a causa dei cambiamenti climatici osservati negli ultimi anni. DROMAMED potrà individuare materiali da inserire in programmi per lo sviluppo di varietà coltivate nelle aree temperate e porterà alla definizione di modelli di breeding idonei ad affrontare stress multipli anche connessi al cambiamento climatico. Il progetto, infine, contribuirà a migliorare la capacità di innovazione delle strutture locali attraverso il coinvolgimento di diversi attori (dai ricercatori ai produttori, agricoltori, imprenditori, istituzioni e utilizzatori) nel processo di innovazione.
In questo contesto, il progetto DROMAMED, articolato come riportato in Figura 1, consentirà di individuare e valorizzare, mediante un approccio multidisciplinare, le risorse genetiche maidicole utili per mitigare, in maniera sostenibile, l’impatto degli stress abiotici, in particolare della siccità, sulle produzioni di mais nell’area del Mediterraneo, Italia compresa.
DROMAMED a sostegno delle criticità della filiera maidicola italiana
Il mais è una delle principali colture agricole del nostro Paese; è la prima sia in termini di produzione che di rese; riveste un ruolo insostituibile nelle principali filiere nazionali dei prodotti zootecnici e svolge una funzione strategica per le svariate produzioni agroalimentari comprese quelle di eccellenza (DOP, IGP) che rendono prestigioso il Made in Italy nel mondo. Peraltro, a causa di una serie di diversificate ma concomitanti criticità, tale coltura ha subito nel corso degli ultimi quindici anni una progressiva perdita di competitività che ne ha dimezzato la superficie coltivata in Italia, raggiungendo livelli minimi che, nel 2021, sono scesi a valori inferiori ai 600mila ettari (dati ISTAT, 2021). Per fronteggiare le esigenze delle filiere, il livello delle importazioni ha, viceversa, seguito un trend crescente, passando dal 2010 ad oggi dal 15% al 50% circa. Risulta pertanto evidente la necessità di contrastare tale tendenza con azioni di ricerca, multidisciplinari e di filiera, per fornire risposte sul breve e medio periodo alle produzioni alimentari nazionali di eccellenza di origine animale (Prosciutto di Parma, San Daniele, Grana Padano, Parmigiano Reggiano, ecc.) vincolate a mangimi e foraggi del territorio, che sono e saranno poste a rischio.
Con l’approvazione da parte della Conferenza Stato/Regioni nella seduta del 20/02/2020, del Piano Nazionale del settore Mais, redatto dal Tavolo tecnico [Decreto 06/05/2019 n. 31929-https://www.politicheagricole.it/flex/cm/pages/ServeBLOB.php/L/IT/IDPagina/14335 – Mipaaf – Settore Maidicolo (politicheagricole.it)] sono state individuate Linee di intervento volte alla necessità di aumentare e sostenere la competitività delle produzioni maidicole, evidenziando, tra le altre, la strategia che vede nel recupero dell’efficienza attraverso il miglioramento delle pratiche colturali e delle tecniche di miglioramento genetico l’aspetto di maggiore rilievo. Perché una maggiore efficienza venga rapidamente raggiunta occorre potenziare Ricerca e Innovazione, unitamente ad azioni mirate di Assistenza tecnica ad agricoltori e produttori (Balconi et al., 2021). Tra gli aspetti di maggior rilievo evidenziati nel Piano di settore per il rilancio della maiscoltura, la scelta della varietà coltivata risulta un elemento essenziale della produttività e della qualità in rapporto al contesto ambientale e di filiera, anche alla luce delle nuove sfide poste dal Green Deal.
In quest’ottica DROMAMED si pone quale programma di ricerca innovativo e strategico per poter fronteggiare le criticità menzionate, in quanto prevede la capitalizzazione di risorse genetiche di mais mediterranee, italiane ed europee adattate a condizioni agroambientali specifiche, nel miglioramento genetico per la tolleranza alla siccità e agli stress correlati al cambiamento climatico negli areali del Sud Europa e Nord Africa e, in prospettiva, in aree più ampie di diffusione di questa coltura.
Bibliografia
Balconi C., Valoti P., Pecchioni N. 2019. La biodiversità del mais: una grande opportunità di cooperazione internazionale tra Italia e Bolivia. Mangimi & Alimenti, XI (3): 14-16
Balconi C., Redaelli R., Valoti P., Pecchioni N. 2020. EVA – European Evaluation Network -: un’opportunità strategica per valorizzare le risorse genetiche del mais italiano. Mangimi & Alimenti, XII (3): 26-28
Balconi C., Brugna E., Fravili E., Gasparri P., Manzo A., Montanaro C., Pecchioni N., Reyneri A., Rizzi L., Soldi C. 2021. Nuovo piano maidicolo. Speciale mais. Terra e vita n. 5-2021 12 febbraio: 28-30
Piano Nazionale del settore Mais – 2019 – 2022 – MiPAAF- redatto dal Tavolo tecnico Decreto 06/05/2019 n. 31929-link_ https://www.politicheagricole.it/flex/cm/pages/ServeBLOB.php/L/IT/IDPagina/14335 –
Mipaaf – Settore Maidicolo (politicheagricole.it)
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 2019. Climate Change and Land: an IPCC special report on climate change, desertification, land degradation, sustainable land management, food security, and greenhouse gas fluxes in terrestrial ecosystems. Shukla P.R., et al. (eds.)
di 1Carlotta Balconi, 1Nicola Pecchioni, 2Elisabetta Frascaroli
1CREA – Consiglio per la ricerca in agricoltura e l’analisi dell’economia agraria, Centro di ricerca Cerealicoltura e Colture Industriali, Sede di Bergamo 2 Alma Mater Studiorum – Università di Bologna – Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari (DISTAL)
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