Gustose sequenze di DNA

Frutto e semi di Theobroma cacao (da Köhler's Medizinal-Pflanzen, 1887)

Svelati i genomi del cacao e della fragola.

Ai giovani apprendisti sui banconi dei laboratori e ai futuri ricercatori, pronti a muovere le mani e le menti in mezzo a provette, reagenti di biologia molecolare e DNA spesso si dice che stare in laboratorio è un po’ come stare in cucina. Nel senso che bisogna preparare con le proprie mani ciò che poi verrà analizzato con gli strumenti e con la propria testa. Sarà anche vero… Tuttavia si maneggiano acidi, basi, enzimi: insomma niente di molto appetibile. Ma ecco che due articoli indipendenti, pubblicati su “Nature Genetics” nel periodo delle vacanze natalizie, rendono più gustose le nostre giornate, in laboratorio e non solo. Nulla di piccante, anzi potremmo dire che le notizie scientifiche in questo caso sono molto dolci: sono stati infatti sequenziati i genomi del cacao (Theobroma cacao) e della fragola selvatica (Fragaria vesca).

Theobroma cacao è l’albero da frutto di origine tropicale i cui semi costituiscono l’ingrediente base del cioccolato. Circa 3.000 anni fa, l’antica civiltà Maya chiamava il cioccolato “cibo degli Dei” e il suo consumo era riservato solo alle classi più importanti e ricche della popolazione. Quest’alimento si conferma appetitoso e apprezzato anche ai giorni nostri, non solo in cucina ma anche nei laboratori di ricerca. Infatti di recente abbiamo assistito a una corsa non per accaparrarsi un cioccolatino, ma per sequenziare un intero genoma. A settembre del 2010, un articolo sul “New York Times” annunciava che un gruppo di ricercatori supportati dalla Mars, colosso americano del settore alimentare, aveva completato il sequenziamento di Theobroma cacao. Contemporaneamente un team internazionale, coordinato dalla genetista Claire Lanaud del Centre de coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (CIRAD) di Montpellier e in parte finanziato dall’industria del cioccolato Hershey’s, dichiarava di avere raggiunto lo stesso risultato. Aveva quindi sottoposto la sua ricerca a una rivista scientifica e aspettava come da prassi la revisione dei dati (detta peer-review) prima della pubblicazione.

Ora possiamo finalmente leggere l’articolo pubblicato su “Nature Genetics” dal gruppo di Claire Lanaud, in merito al sequenziamento della varietà Criollo del cacao. E, lasciando da parte la rivalità commerciale fra le aziende Mars e Hershey’s, vediamo di capire che cosa dice di nuovo questa ricerca. Prima di tutto la varietà Criollo è importante perché è molto buona. Con essa si produce il cioccolato di migliore qualità. Il problema è che la pianta di cacao Criollo deve essere coltivata con estrema cura e la sua resa è relativamente scarsa. Oggi infatti buona parte del cacao in commercio proviene da varietà ibride, più resistenti ma di qualità inferiore. Tutto questo rende costosa la varietà Criollo. Quindi può essere interessante capire le basi genetiche della sua “bontà” per ottimizzarne la coltivazione.

Solo tre quarti dell’intero genoma di Theobroma cacao sono stati effettivamente sequenziati da Lanaud, ma questo non sminuisce il valore della pubblicazione. Infatti, come ci insegna il Progetto Genoma Umano, non basta sequenziare le basi del DNA, ma bisogna capire che cosa codificano, cioè a che cosa servono. Ora, grazie al lavoro di Lanaud, sappiamo che il genoma diploide di Theobroma cacao è costituito da circa 28 mila geni, localizzati su 20 cromosomi. Il genoma di Homo sapiens ha invece circa 23 mila geni su 46 cromosomi. E’ risultato inoltre che buona parte del genoma di Theobroma cacao è omozigote, cioè le copie dei suoi geni sono identiche su entrambi i cromosomi omologhi. Questa omogeneità genetica, che ha rappresentato un vantaggio tecnico nella procedura di sequenziamento, deriva dal fatto che la pianta si riproduce per autoimpollinazione. Attraverso il sequenziamento del DNA, è stato poi possibile identificare 84 geni coinvolti nella sintesi dei lipidi, dei flavonoidi e dei terpeni. Queste sono tutte molecole potenzialmente responsabili dell’alta qualità del cacao Criollo. Inoltre la mappa genomica appena acquisita potrebbe aiutare ad individuare quei geni coinvolti nella resistenza a diversi patogeni, quali funghi e insetti.

Acquarello dipinto da Deborah Griscom Passmore (1890)

Sullo stesso, gustoso numero di “Nature Genetics” è possibile leggere un altro articolo che annuncia il sequenziamento del genoma della fragola selvatica (Fragaria vesca). In questo caso non stiamo parlando della fragola coltivata, quella che arriva sulle nostre tavole. Questa pianta purtroppo ha un genoma estremamente complesso, con addirittura 8 copie per ognuno dei suoi cromosomi. Il team di ricercatori ha quindi giustamente ritenuto più fattibile e utile sequenziare il genoma della Fragaria vesca.

Il genoma diploide di Fragaria vesca ha circa 35 mila geni, localizzati su 14 cromosomi. Attraverso una comparazione della sua sequenza di DNA con quella di Arabidopsis thaliana, il modello genetico più importante in campo vegetale, è emersa una somiglianza a livello di alcuni geni, fra cui quelli deputati alla sintesi di fotorecettori quali i criptocromi e i fitocromi. Ben 71 ricercatori hanno firmato questo articolo che rappresenta realmente un progetto congiunto a livello mondiale. Fra loro, ci sono tre ricercatori italiani che provengono dall’Istituto Agrario di San Michele all’Adige e il biologo israeliano Asaph Aharoni del Weizmann Institute of Science di Rehovot. Aharoni è un grande esperto di “maturazione”, quel processo durante il quale particolari sapori e profumi vanno a caratterizzare (almeno si spera) la frutta. Egli è stato fra i primi a confrontare varietà di piante selvatiche e coltivate, impiegando tecnologie molecolari molto avanzate come quella dei biochip. I risultati delle nuove ricerche consentiranno da una parte di individuare i geni potenzialmente alla base del processo della maturazione, dall’altra di valutare i dati ottenuti nel passato dal biologo israeliano sotto una nuova luce. Asaph Aharoni non ne fa mistero: vuole ispirarsi all’intenso sapore della fragola di bosco per ritornare ad avere, con le conoscenze genetiche che via via verranno acquisite, una “vera” fragola sulla nostra tavola.

Nel campo della selezione vegetale, da molto tempo l’uomo pratica gli incroci selettivi per ottenere le varietà migliori. Questo ha ovviamente una base genetica, tuttavia fino ad ora l’approccio è stato abbastanza empirico. A fronte delle nuove conoscenze genomiche, potremo invece correlare un fenotipo di interesse con uno specifico genotipo. Quindi, questo approccio di laboratorio potrebbe rendere più precisa la selezione delle migliori varietà per il mercato, senza dover aspettare il frutto (nel vero senso della parola) degli incroci test sul campo.

Il sequenziamento del genoma della fragola, così come quello del cacao, rappresentano dei grossi progetti condotti ad alto livello tecnologico. Tuttavia, rispetto a quanto abbiamo visto per Theobroma cacao, nel caso di Fragaria vesca non sembrano essere coinvolte aziende commerciali. Anche la consultazione del database del progetto, privo di qualunque link aziendale, sembra confermare questo fatto, certamente positivo perché svincola la ricerca scientifica da immediate implicazioni commerciali.

Al momento non sappiamo quali reali benefici attraverso queste scoperte potremo avere sulle coltivazioni in campo, né sappiamo se potrà essere praticabile e giustificato un approccio OGM in questi modelli vegetali. Tuttavia queste ricerche potrebbero contribuire ad addolcire le ricette della emergente cucina molecolare, da servire non sui banchi del laboratorio bensì sulle nostre tavole.

(Roberto Insolia – Quarantadue)

ARGOUT X, SALSE J, AURY JM, GUILTINAN MJ, DROC G, GOUZY J, ALLEGRE M, CHAPARRO C, LEGAVRE T, MAXIMOVA SN, ABROUK M, MURAT F, FOUET O, POULAIN J, RUIZ M, ROGUET Y, RODIER-GOUD M, BARBOSA-NETO JF, SABOT F, KUDRNA D, AMMIRAJU JS, SCHUSTER SC, CARLSON JE, SALLET E, SCHIEX T, DIEVART A, KRAMER M, GELLEY L, SHI Z, BÉRARD A, VIOT C, BOCCARA M, RISTERUCCI AM, GUIGNON V, SABAU X, AXTELL MJ, MA Z, ZHANG Y, BROWN S, BOURGE M, GOLSER W, SONG X, CLEMENT D, RIVALLAN R, TAHI M, AKAZA JM, PITOLLAT B, GRAMACHO K, D’HONT A, BRUNEL D, INFANTE D, KEBE I, COSTET P, WING R, MCCOMBIE WR, GUIDERDONI E, QUETIER F, PANAUD O, WINCKER P, BOCS S, & LANAUD C (2011). THE GENOME OF THEOBROMA CACAO. NATURE GENETICS, 43 (2), 101-8 PMID: 21186351

SHULAEV V, SARGENT DJ, CROWHURST RN, MOCKLER TC, FOLKERTS O, DELCHER AL, JAISWAL P, MOCKAITIS K, LISTON A, MANE SP, BURNS P, DAVIS TM, SLOVIN JP, BASSIL N, HELLENS RP, EVANS C, HARKINS T, KODIRA C, DESANY B, CRASTA OR, JENSEN RV, ALLAN AC, MICHAEL TP, SETUBAL JC, CELTON JM, REES DJ, WILLIAMS KP, HOLT SH, ROJAS JJ, CHATTERJEE M, LIU B, SILVA H, MEISEL L, ADATO A, FILICHKIN SA, TROGGIO M, VIOLA R, ASHMAN TL, WANG H, DHARMAWARDHANA P, ELSER J, RAJA R, PRIEST HD, BRYANT DW JR, FOX SE, GIVAN SA, WILHELM LJ, NAITHANI S, CHRISTOFFELS A, SALAMA DY, CARTER J, GIRONA EL, ZDEPSKI A, WANG W, KERSTETTER RA, SCHWAB W, KORBAN SS, DAVIK J, MONFORT A, DENOYES-ROTHAN B, ARUS P, MITTLER R, FLINN B, AHARONI A, BENNETZEN JL, SALZBERG SL, DICKERMAN AW, VELASCO R, BORODOVSKY M, VEILLEUX RE, & FOLTA KM (2011). THE GENOME OF WOODLAND STRAWBERRY (FRAGARIA VESCA). NATURE GENETICS, 43 (2), 109-16 PMID: 21186353

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