Biotecnologie e genomica delle piante

PREFAZIONE Lo sviluppo della civiltà odierna deve affrontare molteplici sfide, quali la sostenibilità della produzione del cibo e la protezione dell’ambiente. Non è, quindi, un caso che le piante superiori occupino un posto fondamentale nella ricerca di soluzioni idonee, in virtù della loro capacità di trasformare l’energia solare in energia chimica e, successivamente, in sostanza organica. Piante non solo come cibo, ma anche come depuratori dell’ambiente, produttrici di farmaci, biofabbriche di materiali innovativi, fonte per l’ottenimento di biocarburanti o biocombustibili. Interventi antropici stanno modificando l’ambiente e l’imprevedibilità delle condizioni climatiche pone seri problemi di approvvigionamento sufficiente di alimenti in molte regioni del mondo. La diminuzione delle terre coltivabili a causa dei cambiamenti climatici, in parte anche dovuta a errori di sfruttamento della risorsa suolo, la diminuzione della disponibilità idrica e l’aumento drammatico della popolazione in alcune regioni del pianeta impongono, oltre all’aumento della produttività delle piante, anche la stabilità delle produzioni primarie agricole. Le conoscenze genomiche e le loro applicazioni biotecnologiche in campo agrario sono un formidabile strumento per affrontare queste enormi sfide e, insieme ad altre tecnologie, possono essere determinanti per uno sviluppo economico-sociale equo e sostenibile del nostro pianeta. A più di sessanta anni dalla scoperta della struttura del DNA, è più che evidente l’enorme impatto che essa ha avuto e ha in vari settori economici, tra i quali quello agricolo. In questo ambito, le conoscenze sempre più approfondite sulla struttura e sulla funzione dei geni e su come essi interagiscono tra di loro e con l’ambiente sono alla base di approcci innovativi di miglioramento genetico delle piante coltivate, finalizzato all’ottenimento di nuove varietà con alta produttività e qualità, basso costo di gestione e basso impatto ambientale. Al contempo, applicazioni di biotecnologie vegetali consentono l’uso delle piante per la produzione di molecole di interesse industriale e come nuove fonti di energia rinnovabile. Questo libro rappresenta un testo didattico di autori italiani che presentano allo studente, in modo integrato, le tecnologie genomiche classiche e di nuova generazione, alla base dei progetti di sequenziamento e di studio del genoma delle piante e le principali applicazioni biotecnologiche sviluppate nell’ultimo ventennio. Il percorso prescelto descrive metodologie e strategie sperimentali di diverse discipline biologiche, per illustrare allo studente i molteplici approcci sperimentali che sono stati adottati o che sono perseguibili per affrontare e risolvere i problemi e soddisfare le esigenze di un’agricoltura moderna e sostenibile. Il conseguente superamento dei confini disciplinari, spesso trattati in testi differenti, fornisce allo studente uno strumento di studio integrato non solo per una preparazione di base adeguata, ma anche per sviluppare una visione generale delle strategie sperimentali biotecnologiche avanzate applicate in vari campi. La realizzazione di questo testo è stata possibile grazie al generoso contributo delle competenze specifiche degli autori, maturate nei laboratori e nei campi sperimentali di Dipartimenti Universitari e Istituti dei principali Enti di ricerca del nostro Paese. Da parte mia, sono particolarmente orgoglioso che una buona parte dei contributi provenga dalla Scuola di Portici, che ho contribuito a creare. I primi due capitoli sono dedicati alla cellula vegetale e alle tecnologie genomiche; il terzo e il quarto capitolo sono incentrati sulle colture in vitro e le metodologie cellulari e molecolari, che sono alla base di molteplici biotecnologie applicate alle piante, mentre gli otto capitoli successivi sono dedicati a singoli obiettivi del miglioramento genetico e dell’uso delle piante e di come essi possono essere perseguiti attraverso le moderne tecnologie molecolari. Questi capitoli riguardano il miglioramento genetico per il controllo degli insetti dannosi (capitolo 5) e delle malattie (capitolo 7) delle piante, per il controllo delle infestanti (capitolo 6), per la tolleranza a stress ambientali (capitolo 8), per la riduzione del danno da inquinamento ambientale (capitolo 9), per il miglioramento della qualità di interesse alimentare o industriale (capitolo 10), per la produzione di molecole e sostanze di interesse industriale (capitolo 11), per la produzione di biocombustibili e biocarburanti (capitolo 12). I due capitoli successivi (13 e 14) illustrano le applicazioni della genomica, per autenticare e tracciare le materie prime di origine vegetale in filiere agro-alimentari e per migliorare le colture agrarie attraverso la selezione assistita da marcatori del DNA. Infine, il capitolo 15 è dedicato alla illustrazione del grado di accettabilità delle piante geneticamente modificate da parte della società. I diversi capitoli sono corredati con schede di approfondimento e casi studio, e con elenchi di letture di approfondimento e siti web, al fine di stimolare la curiosità degli studenti e incentivare la ricerca dei continui aggiornamenti che caratterizzano queste discipline. Come per tutti i libri, anche questo può certamente essere migliorato e, immancabilmente, contenere errori. In tal senso, i suggerimenti dei Colleghi saranno preziosi, oltre che essere molto graditi agli autori.
Luigi Monti, Accademia Nazionale delle Scienze detta dei XL