Il 25 Maggio scorso, presso l’Area di Ricerca del CNR di Sesto Fiorentino (FI), si è tenuto un Workshop dal titolo: “Ecofisiologia, Biologia e Genetica del Pioppo: stato della Ricerca in Italia”.

L’iniziativa, promossa dalla nostra Società (SISEF), dalla Commissione Nazionale sul Pioppo e dalla Sezione di Firenze dell’Istituto di Genetica Vegetale del CNR, con il patrocinio dell’Accademia Italiana di Scienze Forestali e dell’Agenzia Regionale per lo Sviluppo e l’Innovazione nel Settore Agricolo-Forestale (ARSIA) - Regione Toscana, aveva lo scopo di pervenire alla conoscenza dello stato dell’arte della ricerca svolta in Italia sul genere Populus, nell’ambito delle discipline afferenti alla biologia, all’ecofisiologia ed alla genetica.

A livello mondiale è riconosciuto al pioppo un ruolo primario nell’arboricoltura da legno e nella produzione di biomasse, ed anche per tali motivi (da non sottovalutare nell’attuale contesto economico-produttivo ed energetico) l’interesse è in forte aumento.

Al genere Populus è stato assegnato il ruolo di specie modello nello studio della biologia molecolare delle specie vegetali legnose. Questo ruolo è stato attribuito principalmente per le ridotte dimensioni del genoma (circa 520 Mbp), per le possibilità applicative di routine dei sistemi di trasformazione ([19]), nonché per la disponibilità di differenti linee di discendenza strutturate, di numerose mappe genetiche saturate e di librerie BAC. Tutto ciò offre la possibilità di isolare geni d’interesse anche in altre specie legnose di importanza ecologica e economica.

Nel Maggio del 2002, il Dipartimento dell’Energia degli USA da avvio ad un progetto internazionale sul sequenziamento del genoma del genere Populus partendo dalla scelta di una pianta femminile di Populus trichocarpa presente nell’ambito del sistema fluviale dello stato di Washington. La draft-sequence è oggi resa pubblica (⇒ http:/­/­genome.jgi-psf.org/­Poptr1­_1/­Poptr1­_1.home.html) e l’International Populus Genome Consortium (IPGC), che l’ha realizzata, si configura come punto di riferimento e guida per le attività di genetica o di miglioramento genetico post-sequenziamento in pioppo (⇒ http:/­/­www.ornl.gov/­sci/­ipgc).

A livello europeo, dal V° programma Quadro in poi diversi sono stati condotti diversi progetti di ricerca che hanno creato le basi per lo scambio di informazioni attraverso la creazione di database nelle specifiche aree disciplinari:

• POPYOMICS: incentrato sugli impieghi di mappe genomiche e genomica al fine di identificare i geni che sono responsabili della produttività e della resistenza a stress;
• ESTABLISH: mirato allo studio alle tolleranze della salinità in Populus euphratica;
• ROST: incentrato sul trasferimento delle conoscenze dell’Arabidopsis in Populus;
• COPOL e POPWOOD: focalizzati sulla differenziazione xilematica e sulla crescita secondaria del legno per migliorarne la qualità;
• EUROFACE: sviluppato per lo studio delle relazioni intercorrenti tra risposte ecofisiologiche e molecolari di numerose specie di pioppo all’aumento di CO₂ nell’atmosfera.

Appare evidente lo sforzo che è stato fatto (e che è tuttora in atto) per dare impulso alle biotecnologie, che basano la loro applicazione su solide conoscenze del genoma, lo studio dell’espressione genica e la sua regolazione, e che offrono l’opportunità di modificare quei geni espressione di caratteri commercialmente importanti ([3], [17], [19]).

D’altro canto, la grande quantità di informazione sul genoma del pioppo rappresenta anche un’opportunità rilevante per meglio comprendere la distribuzione dei geni e dei genotipi a livello di popolazione e specie, facilitando così le strategie di conservazione, la stima dell’impatto del gene flow, la valutazione della diversità a livello di comunità e dei processi evolutivi. In questi casi si assiste ad un forte balzo in avanti determinato dal fatto che la gestione della conservazione può essere intrapresa attraverso la descrizione e la comprensione funzionale del genoma e non attraverso le sole misure fenotipiche (o più in generale descrittive).

Tutto ciò sta a dimostrare come i risultati della ricerca di base in specie modello possano trovare applicazione e trasferimento rapidi e significativi anche in altre specie. In questo senso, il Seminario ha voluto fare il punto sull’informazione attualmente disponibile in pioppo al fine di formulare proposte per la ricerca di base e per la sperimentazione con carattere prevalentemente applicativo in questo settore.

Qui di seguito si riporta una sintesi delle ricerche illustrate durante il Seminario: i riassunti delle comunicazioni sono disponibili presso il sito della SISEF (⇒ http:/­/­www.sisef.it/­sisef/­poplar.php).

I problemi relativi ai cambiamenti ambientali, causati principalmente dall’azione antropica, come l’aumento delle radiazioni UV-B, quello della produzione di CO₂ nell’atmosfera e/o l’aumento dei valori delle temperature, sono effettivamente fonte di preoccupazione ormai diffusa, per cui si comprende bene come anche nel caso del pioppo, le ricerche che hanno come obiettivi lo studio degli effetti provocati da stress abiotici vedono l’interesse più elevato.

I Ricercatori del Dipartimento di Biologia delle Piante Agrarie, sez. Genetica, dell’Università di Pisa, della Scuola Normale di Pisa e del Dipartimento di Coltivazioni delle Specie Legnose, sez. Patologia, di Pisa, hanno studiato l’espressione dei geni in due cloni di pioppo dopo trattamenti di fumigazione di O ₃. Dallo studio è emerso un aumento dei livelli di trascrizione in entrambi i cloni ([8]).

I Ricercatori del Dipartimento di Chimica e Biotecnologie Agrarie dell’Università di Pisa, attraverso uno studio multitemporale di carattere biologico e fisiologico, hanno indagato sulle risposte dell’apparato fogliare in due cloni di pioppo a diverse concentrazioni di O₃. Lo scopo della ricerca era anche quello di mettere a frutto una tecnica per identificare i genotipi migliori da impiegare in aree inquinate ([13]).

I Ricercatori del Dipartimento “Giovanni Scaramuzzi” dell’Università di Pisa hanno studiato, attraverso analisi fisiologiche e biochimiche, le differenti risposte del pioppo a diverse concentrazioni di O₃, le ripercussioni che queste hanno sull’attività fotosintetica, sull’efficienza del PSII e sulla conduttanza stomatica ([11]).

Un Gruppo di Ricerca che vede coinvolto il DISTAF dell’Università di Firenze, l’Università di Southampton e l’IFAC-CNR di Firenze, sta sviluppando una serie di studi in ambiente controllato, tese ad indagare le risposte del pioppo bianco a differenti tempi di esposizione a UV-B. Le indagini hanno avuto carattere multidisciplinare in quanto agli aspetti genetici (descrizione ed espressione con microarray e RT-PCR) sono state affiancate indagini biochimico-fisiologiche (contenuto in pigmenti e efficienza fotosintetica) e analisi microstrutturali (microscopia a fluorescenza e microscopia elettronica SEM e TEM - [9]).

Le possibili associazioni tra la variazione nucleotidica di alcuni geni e variazioni fenotipiche sono state studiate dai Ricercatori del DISA dell’Università di Udine, con l’obiettivo di confermare e quantificare, a livello di singolo locus, l’effetto della presenza di differenti alleli sull’espressione fenotipica del ([20]).

Sempre presso il DISA, sono in atto tentativi volti a valutare l’abbondanza relativa dei trascritti di due alleli di un gene coinvolto nella tolleranza agli UV-B di un individuo eterozigote, comparando l’espressione associata ad ognuno di questi ([12]).

Presso il Dipartimento di Biotecnologie Agrarie di Firenze, all’IVALSA-CNR di Firenze e del Genexpress di Firenze, un Gruppo di Ricercatori ha studiato in pioppo bianco l’espressione genica nella zona cambiale in risposta a stress idrici, attraverso l’utilizzo della tecnica microarray. In questo caso è stato fatto ricorso ad una strumentazione avanzata per la misurazione degli incrementi tissutali. I geni che presentano diversi livelli di trascrizione, sono stati raggruppati all’interno di categorie funzionali ([1]).

I Ricercatori del TeSAF dell’Università di Padova, in collaborazione con quelli dell’IVaLSA-CNR di Firenze e del CRA di Casale Monferrato (AL), hanno analizzato sotto l’aspetto fisiologico e anatomico due cloni di pioppo ad elevata produttività, in risposta a differenti stress idrici ([14]).

I Ricercatori del Dipartimento di Biologia delle Piante Agrarie, sez. Genetica, dell’Università di Pisa hanno riferito dei cambiamenti dell’espressione genica in pioppo bianco in risposta a lunga o breve esposizione a basse temperature, attraverso il metodo “Suppression Subtractive Hybridisation” (SSH - [10]).

Altro settore di ricerca che suscita interesse è quello relativo allo studio degli effetti dei metalli pesanti.

Il Gruppo di Ricerca che afferisce al BioLabs di Pisa ed al EcoGeoForLab dell’Università del Molise hanno studiato la traslocazione dei metalli pesanti in pioppo sotto l’aspetto fisiologico e biochimico. I risultati indicano come l’effetto di alcuni metalli pesanti (Zn, Cu, Cd, Cr) sul metabolismo potrebbero essere, nelle concentrazioni indicate, ambientalmente sostenibili per piantagioni di pioppo ([16]).

I Ricercatori del Dipartimento di Biologia dell’Università di Bologna, hanno valutato la tolleranza nel pioppo bianco, sotto gli aspetti molecolari e biochimici, in risposta ai metalli pesanti. Dallo studio è emersa l’alta tossicità del Cu sulle foglie e una forte riduzione nella formazione di radici avventizie associata ad un’alta produzione di etilene ([2]).

Gli effetti dei metalli pesanti a carico degli enzimi antiossidanti su due cloni di pioppo bianco è stato studiato da un Gruppo di Ricercatori presso il DIBA dell’Università di Firenze. I risultati riportati hanno confermato l’effetto tossico di Zn e Cu sull’apparato radicale e fotosintetico dei due cloni e come il Cu sia più tossico dello Zn ([18]).

Altre ricerche interessano programmi di carattere più generale.

Sempre presso il DIBA dell’Università di Firenze ed l’ISP-CRA (AL), alcuni Ricercatori hanno studiato la possibilità di impiegare un nuovo approccio molecolare (SSCP) per l’identificazione di cloni di pioppo, unita alla valutazione delle differenze morfologiche richieste dalla convenzione UPOV per l’iscrizione al “National and International Register of forest clones”. In tale studio si è discusso sulla possibilità di mettere in evidenza il grado di differenziazione morfologica all’interno dei gruppi di cloni con ridotta diversità genetica ([5]).

I Ricercatori del Dipartimento di Botanica ed Ecologia Vegetale dell’Università di Sassari, del Dipartimento di Biologia dell’Università di Milano e dell’Orto Botanico di Cascina Rosa (MI) hanno studiato l’origine delle popolazioni di pioppo bianco presenti in Sardegna attraverso l’impiego di marcatori SSRs nucleari e cloroplastici ([4]).

Al Dipartimento di Chimica dell’Università di Salerno in collaborazione con l’Orto Botanico di Cascina Rosa (MI), i Ricercatori hanno studiato i livelli di introgressione in popolazioni naturali di pioppo nero e bianco e in ibridi coltivati, attraverso l’utilizzo di marcatori SSRs e AFLPs ([6]).

Il lavoro presentato dai Ricercatori del Di.S.A.F.Ri dell’Università della Tuscia (VT), in collaborazione con quelli del CNR di Porano (TR), ha interessato la costruzione di mappe genetiche per i pioppi mediterranei e, attraverso analisi genetiche, l’identificazione dei loci coinvolti nella determinazione della tolleranza agli stress ambientali e da inquinamento ([15]).

All’IGV-CNR di Firenze, in collaborazione con il DISTAF, il DIBAG e il DOFI dell’Università di Firenze, al BFH di Grosshandsdorf (Germania), e all’Università di Ottawa (Canada), alcuni Ricercatori hanno condotto studi sui pioppi transgenici per il gene cry attraverso un approccio multidisciplinare (fisiologico, biochimico e microbiologico, genomico, proteomico e di microscopia) per chiarire i possibili effetti della trasformazione sul metabolismo ([7]).

Al JRC-IES della EU-Commission, al Di.S.A.F.Ri dell’Università della Tuscia, al DISAT dell’Università Bicocca di Milano, al CNR-ISAFOM ed alla Provincia Autonoma di Bolzano, alcuni Ricercatori hanno studiato, in relazione all’incremento di CO₂ nell’atmosfera, l’efficienza del “sequestro” di carbonio da parte delle “Short Rotation Forestry” (SRF) attraverso la misura degli scambi gassosi tra l’atmosfera e le piante nell’intervallo di tempo 2002-2005 e l’utilizzo della tecnica eddy correlation (EC - [21]).

Dai lavori del seminario è emersa la necessità di un impegno costante nell’incremento delle conoscenze, le quali possono trovare forte beneficio e più significative ricadute se sarà perseguito l’interscambio di informazioni ed il dialogo tra specialisti di discipline diverse. In generale si tratta di ricerche innovative, ben condotte e documentate, a carattere fortemente interdisciplinare.

References