Cassava con amido migliorato

La manioca è una delle colture amidacee più importanti del mondo. I suoi tuberi-radice, ricchi di amido, sfamano Chi siamo, oltre mezzo miliardo di persone. Viene utilizzata anche per altri scopi, come la produzione di carta o come additivo alimentare. Tuttavia, sebbene le piante di manioca siano poco esigenti e sopravvivano anche nelle regioni aride, la selezione di nuovi tratti utili nelle varietà preferite dagli agricoltori richiede molto tempo, grazie agli incroci.

Insieme a due laboratori di ricerca dell'ETH, lo scienziato Simon Bull ha quindi scelto un nuovo approccio per dotare la manioca di nuove proprietà. Gli scienziati dei laboratori di biochimica vegetale e di biotecnologia vegetale, insieme a Hervé Vanderschuren dell'Università di Liegi, hanno utilizzato le forbici del gene CRISPR/Cas9 per modificare geneticamente la coltura. Il loro studio in merito è stato appena pubblicato sulla rivista "pagina esternaAnticipazioni scientifiche" pubblicato.

Le prove con le nuove linee di manioca sono state utilizzate principalmente per la ricerca fondamentale e lo sviluppo tecnologico, senza applicazioni commerciali o industriali dirette.

Utilizzando lo strumento dell'editing genico, hanno modificato due geni nella manioca in modo che la pianta produca amido modificato. Di solito è composto per il 15% da amilosio e per l'85% da amilopectina. Il nuovo amido contiene poco o niente amilosio.

Per ottenere questo risultato, i ricercatori hanno inserito un blocco di diversi geni estranei nelle piante di manioca. Questi includevano il gene Cas9 e un gene di controllo, di cui il sistema CRISPR/Cas9 ha bisogno per tagliare il materiale genetico nel punto desiderato. Il blocco conteneva anche un gene proveniente da un'altra pianta, il crescione Arabidopsis thaliana,che stimola la fioritura.

Le forbici geniche inattivano i geni

I ricercatori hanno utilizzato le forbici genetiche Cas9 per tagliare i geni GBSS e PTST nel tessuto embrionale della manioca. Entrambi i geni sono coinvolti nella produzione di amilosio. Se sono difettosi, la pianta di manioca non può più produrre amilosio.

I ricercatori hanno coltivato in serra diverse varianti di piante particolarmente promettenti e le hanno analizzate per verificarne il contenuto di amilosio nei tuberi delle radici. Gli scienziati hanno trovato alcune varianti che non producevano più amilosio. L'amido nella radice di questa cassava modificata conteneva quindi solo amilopectina.

La manioca con radici di stoccaggio prive di amilosio si aggiunge a un elenco di colture importanti a livello globale, come il mais e le patate, che condividono un tratto simile.

Geni estranei eliminati dall'incrocio

Per rimuovere i geni estranei introdotti, gli scienziati vegetali hanno infine incrociato tra loro due individui della variante di manioca senza amilosio modificata geneticamente. In questi individui, i geni estranei sono stati inseriti solo su uno dei due cromosomi identici. La cassava ha due copie di ogni cromosoma. Per questo motivo, un quarto della progenie risultante da questo incrocio dovrebbe essere privo di geni estranei.

"Senza i fiori, non saremmo stati in grado di effettuare incroci per eliminare il materiale genetico estraneo", sottolinea Bull. Tuttavia, è stata mantenuta la capacità di produrre solo amido privo di amilosio. "Questo significa che nella prima generazione di figli è stata mantenuta la caratteristica che volevamo, ma i geni estranei hanno potuto essere completamente eliminati", spiega lo scienziato vegetale.

Il trucco consisteva nel far fiorire la manioca e produrre semi. Di solito, questa pianta fiorisce raramente all'aperto e quasi mai in serra. Di norma, la cassava non si propaga per via sessuale, ma per talea, che è geneticamente identica.

Un metodo che risparmia molti anni di selezione

Il processo sviluppato da Bull e dai suoi colleghi velocizza notevolmente la coltivazione della manioca. "La proprietà desiderata che la cassava contenga solo amilopectina ma non amilosio è stata ottenuta anche con i normali incroci", sottolinea Bull. "Ma questo ha richiesto migliaia di piante e diversi anni, non solo alcune piante che abbiamo sviluppato in pochi mesi".

La manioca è un'importante fonte di carboidrati in molti Paesi del Sud del mondo, soprattutto in Africa. La pianta immagazzina grandi quantità di amido nelle sue radici. Le radici vengono spesso lavorate per il mercato locale. I piccoli agricoltori ne ricavano parte del loro reddito.

Tuttavia, poiché l'amido di manioca privo di amilosio è anche ampiamente utilizzato, l'amilosio deve essere rimosso dall'amido prima di un'ulteriore lavorazione, che può comportare diverse fasi di processo ad alta intensità energetica. Inoltre, i consumatori potrebbero preferire l'amido ceroso privo di amilosio. "La nuova varietà di manioca dovrebbe quindi riscuotere grande interesse da parte dei consumatori e dell'industria", auspica Simon Bull.