OGM nuovi ed antichi

1. OGM nuovi ed antichi Una questione di caratteri

2. Come nascono le piante coltivate? • Metodi antichi (incoscienti) • Metodi recenti • Metodi moderni

3. Dove? L’agricoltura ha un duplice effetto:  Lavorazione del terreno  Selezione non più “naturale”

4. La selezione operata dall’uomo Cereali coltivati nella mezzaluna fertile Cereali selvatici nella mezzaluna fertile Probabilmente la raccolta di cereali per la trasformazione del seme in farina è molto più antica. La rivoluzione si realizza nel momento in cui parte del seme viene trattenuto per la semina

5. Avena coltivata La selezione fatta dall’uomo che effetti ha sulla pianta? Avena selvatica

6. Un bel carattere Spighetta in una pianta matura: i semi cadono a terra entro pochi giorni. Spighetta in una pianta matura: i semi rimangono per anni attaccati alla spighetta. Il loro distacco richiede un trattamento vigoroso (trebbiatura). Images by P. Morandini

7. Frumento selvatico - coltivato Images by P. Morandini

8. Teosinte – Mais Semi di teosinte i semi si staccano facilmente Semi di mais Per staccare i semi occorre un’azione vigorosa Images by P. Morandini

9. Analogo discorso per piante ornamentali e animali Molte piante ornamentali presentano mutazioni Rosa canina (selvatica) Rosa coltivata Images by P. Morandini

10. Dimensioni del frutto e della parte commestibile sono due caratteri evidenti che distinguono una pianta domesticata dalla sua controparte selvatica Images by D. Bassi, Univ. Milan

11. Per migliaia di anni l’uomo ha selezionato tra le varianti offerte spontaneamente da madre natura Il risultato di questo lento processo (accumulo di “mutazioni”) è stata la creazione di piante coltivate a partire da quelle selvatiche Pomodoro selvatico / pomodoro moderno Tomato photo by Bruce Thomas, UC Davis

12. Pianta coltivata = pianta naturale? Accumulo di mutazioni dannose per la pianta, ma favorevoli all’uomo (oltre a quelle dannose tramite linkage)  Seme trattenuto a maturità della spiga (frutto)  Riduzione del contenuto di tossine (patogeni…)  Dimensioni del frutto/seme/parte commestibile  Nanismo/accestimento  Dormienza del seme (infestanza, permanenza..)  Richieste nutrizionali (fertilizzanti…)  Acqua, luce…

13. Le piante selvatiche resistono a condizioni difficili Image by P. Morandini

14. Infestanti (nomina sunt numina!) Convolvolo Images by P. Morandini

15. Le piante coltivate sono deboli La patata è divorata dalla dorifora Le piante coltivate hanno seri problemi di sopravvivenza negli ambienti naturali Image by P. Morandini

16. Un effetto della domesticazione: alterazione nel contenuto in tossine Cultivated plant foods commonly contain on average fewer natural toxins than do their wild counterparts. For example, the wild potato Solanum Acaule, the progenitor of cultivated strains of potato, has a glycoalkaloid content about 3 times that of cultivated strains and is more toxic. The leaves of the wild cabbage Brassica oleracea (the progenitor of cabbage, broccoli, and cauliflower) contain about twice as many glucosinolates as cultivated cabbage. The wild bean Phaseolus lunatus contains about 3 times as many cyanogenic glucosides as does the cultivated bean. Similar reductions in toxicity through agriculture have been reported in lettuce, lima bean, mango, and cassava. da Ames et al., PNAS 1990 http://socrates.berkeley.edu/mutagen/center.pubs.html Gli agricoltori della preistoria hanno selezionato quei caratteri (alleli) che hanno reso le piante selvatiche coltivabili (domesticate). I “plant breeders” hanno selezionato ulteriori tratti genetici per produrre le piante coltivate che noi oggi conosciamo e di cui ci nutriamo. Ia conclusione: le piante coltivate NON sono piante “naturali”

17. Passaggio che richiede moldo sudore e tecnologia Passaggio spontaneo Se le piante coltivate fossero naturali... Images by P. Morandini

18. Il pool genico del pomodoro cresce con le tecniche di ibridazione L. chmielewskii, L. hirsutum, L. parviflorum, L. pennellii, L. cheesmanii, L. pimpinellifolium L. esculentum (tomato) * Sexually Compatible * L. esculentum (tomato) L’incrocio con varietà selvatiche compatibili aumenta il pool genico disponibile per il miglioramento genetico del pomodoro. Le coltivazioni di pomodoro sono a volte attaccate da nematodi (vermi microscopici) che infettano le radici. Tutte le varietà coltivate risultavano suscettibili all’infezione da nematodi. Radici sane Radici infettate Purtroppo nessuna di queste specie contiene geni che conferiscano resistenza ai nematodi che infettano le radici. images compliments of Roger Chetelat & Valerie Williamson, UC Davis

19. Pool genico del pomodoro e delle specie selvatiche affini Spesso gli incroci tra varietà coltivate e selvatiche non sono possibili in natura! cultivars . * esc= L. esculentum Specie selvatiche sessualmente compatibili * pim= L. pimpinellifolium * chs= L. cheesmanii * par= L. parviflorum * chm= L. chmielewskii * hir = L. hirsutum * pen= L. penellii Specie selvatiche che ibridizzano con le varità coltivate tramite coltura di embrioni * per= L. peruvianum Dimensioni dei pool genici esc pim par chm hir pen per chs sessualmente compatibili colt. emb data of Miller & Tanksley (1990) TAG 80:437

20. Superiorità degli ibridi (eterosi): le pannocchie delle linee pure sono più piccole dell’ibrido F1(al centro) Image cortesy of Enrico Pè (Uni-Mi)

21. Triticale – Una nuova specie di pianta (coltivata) durum wheat Triticum turgidum rye Secale cereale triticale X Triticosecale Ibridazione X Cultura degli embrioni & duplicazione dei cromosomi Breeders have combined durum wheat and rye to produce triticale, which has a larger gene pool than is present in either of the parent crops. photos compliments of Calvin Qualset, UC Davis

22. Triticale: una specie creata dall’uomo Tramite ibridazione forzata, coltura di embrioni e duplicazione dei cromosomi 1876 Il botanico scozzese A. S. Wilson incrocia frumento e segale. I semi frutto dell’incrocio sono però sterili 1937 Per mezzo della colchicina si riesce a raddoppiare il numero dei cromosomi (e quindi dei geni) 1970-80 Rilasciate le prime varietà di triticale per la coltivazione 2000 Circa 6 milioni di ettari sono coltivati oggi con triticale Image by P. Morandini

23. Pool genico del pomodoro: espansione tramite colture cellulari S. ochranthum, S. juglandifolium S. lycopersicoides, S. sitiens, L. chilense, L. peruvianum L. chmielewskii, L. hirsutum, L. parviflorum, L. pennellii, L. cheesmanii, L. pimpinellifolium L. esculentum (tomato) * Sexually Compatible * * Hybrids via embryo culture * * and/or other methods * * Hybrids produced via somatic hybridization * Seme, callo da embrione e rigenerazione di piante ibride Ulteriore espansione per ibridazione somatica image modified from Roger Chetelat, UC Davis photos by Bruce Thomas, UC Davis

24. Il trasferimento del gene Mi in pomodoro è un problema The test for the Mi gene is done on large plants after infection of the roots with nematodes. Digging up the plant to inspect the roots interferes with testing the plants for other traits that the plant must have to be successful as a commercial cultivar. Many wild tomato genes linked to the Mi gene are transferred together with the Mi gene. Breeders must eliminate these undesirable genes before a tomato variety containing the Mi gene can be used for commercial tomato production. L. esculentum (mi, mi) L. peruvianum (Mi, Mi) New Tomato Line with Mi gene Slide by P. Lamux, University of California

25. Aspetta e spera… Per migliaia di anni l’uomo ha selezionato tra le varianti offerte spontaneamente da madre natura Tramite ibridazione e gli altri metodi si allarga la base genetica a disposizione. Possiamo creare nuovi geni oppure dobbiamo sembre aspettare che sia la natura a fornirli? Ci è lecito farlo?

26. Geneticamente Modificato? Le mutazioni sono relativamente frequenti e spontanee in natura Le mutazioni sono eventi “istantanei” successivamente sottoposti a selezione

30. nessun organismo scientifico indipendente ha mai escluso ricadute sulla salute di produzioni geneticamente modificate (risoluzione comm. Agric.)

31. 100m radius 89 TBq Co-60 source at the center Shielding dike 8m high Uso di raggi gamma per produrre nuove varietà IIIa conclusione: molti metodi “innaturali” e “grossolani” sono usati nello sviluppo varietale Institute of Radiation Breeding Ibaraki-ken, JAPAN http://www.irb.affrc.go.jp/

32. Arabidopsis: una sconosciuta onnipresente infiorescenza Pianta giovane Fiore

33. 1 2 3 4 sepali petali stami carpelli Un poco di vocabolario

34. Crisi di identità Mutante: Apetala Petalo  fiore Sepalo  fogliolina

35. Qualche problema in più Pistillata Apetala3 Agamous petali  sepali petali  sepali stami  petali stami  carpelli stami  carpelli carpelli  fiore Immagini cortesia di L. Colombo (Unimi)

36. 1 2 3 4 B A C stami carpelli sepali petali 1 2 3 4 B C A carpelli stami stami carpelli Immagini cortesia di L. Colombo (Unimi)

37. 1 2 3 4 B A C sepali sepali sepali sepali x x DOPPIO MUTANTE nei geni di classe B e C Immagini cortesia di L. Colombo (Unimi)

38. Anche le petunie… Mutante agamous Immagini cortesia di L. Colombo (Unimi)

39. E pure il Cavolfiore… …imitato dall’arabidopsis

40. Anche i cetrioli hanno dei problemi Fiore femminile del cetriolo Image cortesy of L. Colombo (Uni-Mi)

41. Uno degli insetti patogeni più aggressivi che danneggiano le coltivazione dei cetrioli nelle serre(Canada e USA) è Frankliniela occidentalis (tripide) Image cortesy of L. Colombo (Uni-Mi)

42. Ciclo vitale del Frankliniela occidentalis (tripide) uova Adulto Larve Pupa Image cortesy of L. Colombo (Uni-Mi)

43. Funzione del Fiore • Punto di orientamento • Luogo dove avviene l’accoppiamento Image cortesy of L. Colombo (Uni-Mi)

44. Mutante Green petals: B (CUM26) B A C S S --- C 1 2 3 4 cum26 Mutante di classe B Petali  sepali Image cortesy of L. Colombo (Uni-Mi)

45. Girasole tollerante agli erbicidi 350,000 acri coltivati quest’anno negli USA • Cross-breeding con parenti selvatici – SI • Flusso genico verso varietà sensibili – SI • Usa meno erbicida – NO; ma imazamox può persistere nel suolo. Spesso si raccomanda di non crescere varietà sensibili 21 mesi dopo l’uso dell’erbicida. Per di più, la resistenza a questo erbicida insorge velocemente, spesso dopo 4 o 5 trattamenti. Questo comporta un aumento nell’uso dell’erbicida. • Invasione dell’ambiente – SI , il girasole coltivato ha caratteristiche infestanti. Si trova non solo lungo le strade e i margini dei campi come la colza, ma anche distante da sorgenti di semi. Stabilisce popolazioni persistenti in ambiente selvatico Due metodi, un risultato E’ una varietà resistente agli erbicidi ottenuta mediante metodi classici e pertanto non è controllata per la pericolosità ambientale (come invece accade per le piante GM). http://www.ars.usda.gov/is/AR/archive/jan05/sunflower0105.htm

46. Varietà CLEARFIELD (frumento) approvata dall’agenzia canadese il 20-03-2003 I. Brief Identification of Plant with Novel Traits (PNT) Designation(s) of the PNT: CLEARFIELD™ wheat line AP602CL Applicant: BASF Canada Plant Species: Wheat (Triticum aestivum) Novel Traits: Tolerance to imazamox, an imidazolinone herbicide Trait Introduction Method: Chemically induced seed mutagenesis Proposed Use: Production of wheat for livestock feed and human food. E’ una varietà resistente agli erbicidi ottenuta mediante mutagenesi chimica! http://www.inspection.gc.ca/english/plaveg/bio/dd/dd0344e.shtml Perchè si obbietta agli OGM ma non a queste varietà?

47. Dal punto di vista scientifico ha senso discutere sul prodotto, non sul metodo L’unica cosa rilevante è il prodotto: è dannoso per l’uomo? Per quale motivo? è dannoso per l’ambiente? Per quale motivo? comporta benefici? Tutte le obiezioni che possiamo fare alle piante transgeniche si applicano anche a tutte le piante sviluppate con metodi classici

48. Come si produce una pianta GM? • Il metodo più comune sfrutta batteri che naturalmente introducono geni nelle piante Esempi di piante transgeniche naturali: contengono geni di batteri Images by P. Morandini

49. Prima della coltivazione occorre ottenere un permesso sulla base di documentazione scientifica Varietà transgenica Varietà convenzionale Images cortesy of A. McHughen (Canada)

50. Libri,siti e documenti utili • “OGM o non OGM? Come comportarsi con gli alimenti geneticamente modificati” di A. McHughen, Centro scientifico Editore • FAQ R. Lombardia http://www.siga.unina.it/circolari/Fascicolo_OGM.pdf • Consensus document http://www.aissa.it/Consensus2006.pdf • Consensus Sicurezza http://www.siga.unina.it/circolari/Consensus_ITA.pdf • http://www.salmone.org/ • http://www.biotecnologiebastabugie.blogspot.com/ • http://www.nap.edu/openbook.php?isbn=0309092094 • http://www.accademiaxl.it/documenti_pdf/Sintesi%20del%20Rapporto.pdf • http://www.accademiaxl.it/documenti_pdf/Le%20Biotecnologie.pdf