Negli ultimi anni, la tecnologia di editing genico CRISPR ha trasformato la ricerca agricola, aprendo nuove vie per lo sviluppo di colture che possono resistere a malattie devastanti. Tra queste colture, i pomodori - un frutto consumato a livello globale utilizzato nelle cucine dall'Italia all'India - sono stati all'avanguardia degli sforzi scientifici per migliorare la resistenza alle malattie.

Comprensione della tecnologia CRISPR-Cas9

CRISPR, che sta per Clustered Regolarmente Interspaced Short Palindromic Ripeti, è un sistema di difesa naturale in atto in batteri che gli scienziati hanno riprodotto in un potente strumento di eliminazione genica. Il sistema è costituito da due componenti principali: un RNA guida (gRNA) che corrisponde a una sequenza del DNA di destinazione, e una proteina Cas9 che agisce come forbici molecolari molecolari.

Rispetto ai metodi tradizionali di allevamento, che si basano su mutazioni casuali o incroci e prendono molte generazioni, CRISPR è notevolmente efficiente. Può ottenere modifiche mirate in una singola generazione, tipicamente entro un anno per i pomodori. Questa velocità e precisione riducono anche il rischio di introdurre tratti indesiderati, un problema comune nell'ibridazione convenzionale. Inoltre, perché le modifiche CRISPR possono essere fatte senza incorporare DNA colturale (con conseguente sistema di distribuzione transiente spesso)

Malattie del pomodoro principali mirate da CRISPR

I pomodori sono suscettibili di una vasta gamma di batteri, funghi e patogeni virali che causano perdite di rendimento significative in tutto il mondo. I ricercatori stanno sempre più rivolgendosi alla CRISPR per conferire resistenza a queste minacce senza contare su trattamenti chimici.

Wilt batterica

[FLT] RELATTO DI RELATTO [FLT] [[FLT]] RALstonia solanacearum[FLT1]], è una delle malattie del pomodoro più distruttive nelle regioni tropicali e subtropicali.

Lato Blight

[FLT] [FLT] [FLT]] [Floce] [FLT]]] Phytophthora infestans[FLT1]] [[FLT]] [[FLT]] [Flow] [FLT]] [Floce] [FLT]] [Floce] [[Studio]]] [FLT]]]] [Flotta] [Flo]]] [Flotta]] [Flotta]] [[S[S[Segui]]]]]]]]]]]]]]] [[Segui]]]

Fusarium Wilt

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Malattie virali

Il virus del curl delle foglie gialle del tomato (TYLCV), trasmesso dalle falde bianche, è una delle malattie virali più dannose del pomodoro, causando la polimerizzazione delle foglie e la riduzione della resa grave.

Milestoni chiave di ricerca nei pomodori CRISPR-Edited

Oltre a individuare le malattie specifiche, diversi studi di riferimento illustrano il potenziale della CRISPR nella genetica del pomodoro. Nel 2017, i ricercatori della Johns Hopkins University hanno usato il CRISPR per eliminare la DMR6] gene, come accennato in precedenza, ottenendo una resistenza a larga spettro.

Un'altra pietra miliare è arrivata nel 2019 quando gli scienziati dell'Università di Göttingen e dell'Università della California, Berkeley, hanno usato CRISPR per addomesticare rapidamente le specie di pomodoro selvatico ([[]]]]Solanum pimpinellifolium]]) modificando solo una manciata di geni che controllano le dimensioni, la forma e la maturazione desiderabili.

Più recentemente, nel 2023, un team dell'Accademia cinese delle scienze agricole ha pubblicato uno studio in ]Nature Biotechnology[] descrive un sistema di editing CRISPR multiplo che ha modificato contemporaneamente cinque geni diversi nel pomodoro, creando piante con resistenza combinata a miti di muffa, macchia batterica e muso ragno.

Vantaggi Oltre la resistenza alle malattie

I vantaggi dei pomodori resistenti alle malattie CRISPR si estendono ben oltre il campo. In primo luogo, ridurre l'affidabilità ai pesticidi chimici ha vantaggi ambientali diretti: meno agrochimici nel suolo e nell'acqua, ridotto danno agli organismi non target come i pollinatori, e minori emissioni di carbonio dalla produzione e dall'applicazione chimica.

Il gene SlALMT9 ha aumentato il contenuto di malato del frutto, migliorando il sapore e l'acidità. Modificare l'effetto SP (Self-Pruning) può modificare l'architettura delle colture per la raccolta meccanica migliorata.

Paesaggio regolamentare e commerciale

Il percorso da laboratorio a mercato per le colture a base di CRISPR varia in modo significativo per paese. Il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti (USDA) ha indicato che non registrerà le piante a base di genoma che non contengono DNA straniero da un infestante vegetale, esentando efficacemente la maggior parte dei pomodori derivati dalla CRISPR dalle severe normative applicate agli organismi geneticamente modificati (OGM).

La Corte di giustizia dell'Unione europea ha invece stabilito nel 2018 che gli organismi ottenuti da nuove tecniche di mutagenesi, tra cui la CRISPR, rientrano nella direttiva OGM, che richiedono una valutazione e un'etichettatura dei rischi lunghi.

Commercialmente, il primo prodotto alimentare a base di CRISPR, il pomodoro ad alta gamma, è stato lanciato in Giappone nel 2021 da Sanatech Seed, un'avviamento sostenuto dall'Università di Tsukuba. Da allora, altre aziende hanno portato funghi non browning e soia ad alto livellooleico al mercato, ma i pomodori resistenti alle malattie sono ancora in attesa di approvazione nella maggior parte delle regioni.

Sfide e limitazioni

Nonostante la sua promessa, la tecnologia CRISPR non è senza sfide. modifiche off-target - non volute ad altre parti del genoma - rimangono una preoccupazione, anche se miglioramenti nel design RNA guida e le varianti CasRIS-fidelity hanno notevolmente ridotto la loro frequenza.

Come con i geni tradizionali di resistenza, la resistenza conferita alla CRISPR può essere efficace solo contro alcune varietà o per un tempo limitato. Stacking meccanismi di resistenza multipli, come fatto nella modifica multiplo, può mitigare questo rischio, ma la corsa di armi tra colture e agenti patogeni è in corso.

Infine, tradurre i successi del laboratorio in condizioni di campo richiede un'attenta sperimentazione multi-ambiente per garantire che i tratti modificati siano stabili e non influiscano negativamente sulla resa o sulla qualità della frutta. La mutazione dmr6[FRIS:1]], ad esempio, puÃ2 causare una lieve penalità di crescita in alcuni sfondi, anche se questo puÃ2 essere minimizzato selezionando linee di genitori appropriate.

Prospettive future

Il prossimo decennio sarà probabilmente una proliferazione delle varietà di pomodoro a base di CRISPR adattate alle pressioni delle malattie locali e alle preferenze di mercato. I ricercatori stanno esplorando tecniche di editing ancora più recenti, come la modifica di base e la prima modifica, che permettono cambiamenti mononucleotide senza interruzioni a doppio filamento, offrendo maggiore precisione e sicurezza.

Le collaborazioni internazionali, come quelle finanziate dal ]]]Food and Agriculture Organization (FAO)]], stanno lavorando per rendere disponibili gli strumenti CRISPR ai coltivatori di settore pubblico nelle nazioni in via di sviluppo, dove le malattie del pomodoro sono più acute. L'obiettivo è quello di democratizzare l'accesso alla tecnologia di successo dei pomodori multinazionali in modo che possono beneficiare i piccoli agricoltori

Conclusioni

I CRISPR hanno aperto un nuovo potente viale per la creazione di varietà di pomodoro resistenti alle malattie. Con la disattivazione dei geni di suscettibilità o la spinta delle risposte immunitarie, i ricercatori hanno sviluppato pomodori che possono resistere a contaminazioni batteriche, la fine della blight, la fusarium wilt e le infezioni virali, le distese che causano collettivamente miliardi di dollari in perdite ogni anno.