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Come risparmiare milioni di dollari creando una semplice banana biotech.

L’albero della banana e il platano sono piante vittime di un tremendo crollo della propria diversità genetica. Ciò li ha resi particolarmente sensibili a diverse malattie che stanno minacciando la sopravvivenza di queste specie nel mondo. Le biotecnologie possono offrire alcuni utili strumenti per evitare l’estinzione di queste importanti colture.

La banana e il platano nel mondo.

La banana moderna fu domesticata probabilmente nell’Asia tropicale, tra la parte sud-occidentale dell’India e la Nuova Guinea, dalle specie selvatiche Musa acuminata e Musa balbisana. Da queste specie selvatiche, tramite riproduzione vegetativa (cioè non tramite seme) e incroci naturali, derivarono numerose varietà di banana e di platano che si diffusero nelle fasce tropicali di Africa (che attualmente possiede la più vasta superficie dedicata alla coltivazione della banana) Asia, Sud America, Oceania e in alcuni arcipelaghi del Pacifico.

Specialmente in Africa, si creò un’elevatissima biodiversità di banane e platani. Tutte le varietà coltivate sono partenocarpiche. Non spaventarti, significa solamente che queste piante producono frutti del tutto privi di semi. All’interno delle specie coltivate, possiamo distinguere dei mutanti triploidi: in sostanza, varietà in cui il codice genetico è ripetuto tre volte (in questo gruppo troviamo la maggior parte delle banane da dessert, da cucina e i platani), varietà diploidi (codice genetico doppio) e varietà tetraploidi (codice genetico quadruplicato). Nell’ambito di queste varietà, la banana ha sviluppato una certa diversità nei suoi caratteri espressi dal genoma.

In una tale ricchezza di specie, solo pochissime sono attualmente diffuse e coltivate. Questo è molto negativo, perché nel tempo, spingendo la selezione solo su un numero ristretto di varietà a discapito di altre, si perde quella diversità genetica che permette alle piante di resistere alle malattie, ai parassiti e alle condizioni ambientali avverse, come siccità e salinità del terreno. Nella banana la situazione è aggravata dal fatto che la grande maggioranza della produzione deriva da cloni di un’unica varietà, la Cavendish. Proprio per questo, le coltivazioni di banana sono minacciate da patogeni che possono molto facilmente sviluppare devastanti epidemie, in grado di decimare la produzione di banane e la sopravvivenza delle piantagioni.

Il banana bunchy top virus: un nemico letale.

Il banana bunchy top virus (BBTV) è il patogeno responsabile della malattia più distruttiva e devastante che possa colpire le piante del genere Musa. Le prime testimonianze relative alla malattia da BBTV risalgono alla fine dell’ottocento, quando un’epidemia colpì le piantagioni di Cavendish nelle Isole Fiji. Dall’Oceania, la malattia si è diffusa in Africa, Asia e Hawaii con il trasporto di materiale vegetativo infetto nel corso del XX secolo.

Intorno alla metà del secolo scorso, si comprese che la malattia era, ed è tutt’oggi, provocata da un virus. È stato osservato, inoltre, che l’agente eziologico della patologia viene veicolato da un insetto e si localizza nel floema, che è il sistema di vasi che trasporta la linfa elaborata all’interno della pianta (di cui l’insetto vettore si nutre). Oggi, il BBTV è stato classificato come un virus a DNA appartenente al genere Babuvirus della famiglia Nanoviridae.

I numerosi campioni di BBTV isolati mostrano un’elevata omologia (maggiore dell’85%). L’analisi del DNA di questi campioni ha permesso di raggrupparli in due diverse linee virali: il gruppo PIO (Pacific-Indian Oceans), che comprende isolati provenienti da Africa, Oceania, Hawaii e Subcontinente indiano, e il gruppo SEA (South-East Asian), con isolati che originano da Cina, Indonesia, Giappone, Filippine, Taiwan e Vietnam.

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Sintomi.

Il virus si manifesta con dei sintomi caratteristici, apprezzabili nell’immagine a fianco: produce macchie e striature verde scuro discontinue e di lunghezza variabile a livello di guaina fogliare, nervature della foglia e piccioli. Le nuove foglie, che nascono su piante infette sono più strette, hanno una lamina ondulata e i margini risultano giallastri. Progressivamente le foglie diventano sempre più corte, strette, fragili e tendono a riunirsi a mazzo sulla cima della pianta. Le piante infettate negli stadi giovanili e i nuovi germogli che emergono da piante malate crescono stentati, rachitici e non fruttificano.

Talvolta, le brattee protettive delle gemme, portanti i fiori maschili, assumono un aspetto molto simile a quello della foglia e mostrano punti e striature di colore verde scuro. Le piante più vecchie non manifestano sintomi a carico delle foglie, ma le brattee possono mostrare delle striature scure sulle loro punte. Anche i succhioni, (germogli) che si formano in queste piante, hanno dei sintomi moderati o assenti.

Il periodo tra l’infezione virale e la manifestazione dei sintomi va da 19 a 125 giorni a seconda della varietà, del clima e dell’altitudine: il periodo d’incubazione è maggiore ad altitudini elevate.

 Importanza economica della malattia da BBTV.

Le maggiori epidemie causate da BBTV hanno prodotto gravissimi danni economici e hanno messo alla prova la sopravvivenza delle piantagioni di banane delle aree colpite.

  • L’epidemia del 1889 nelle Isole Fiji ha ridotto la produzione di banane Cavendish da 788.000 a 114.000 caschi.
  • Nel 1901 la malattia compare in Egitto e si diffonde in forma epidemica negli Anni ’50.
  • In Australia, negli Anni ’20, le piantagioni del Queensland e del Nuovo Galles del Sud sono state ridotte del 90%.
  • Il virus si diffonde nell’Africa subsahariana negli Anni ’50, a cominciare dalla Repubblica Democratica del Congo. Da qui, poi, ha prodotto fenomeni epidemici in Benin, Nigeria, Mozambico ed Eritrea.
  • In India, la varietà da dessert Virupakshi è quasi scomparsa negli Anni ’80, perché la superficie ad essa dedicata è calata da 18.000 a 2.000 ettari di terreno.
  • Tra gli Anni ’80 e ’90, un fenomeno simile è accaduto in Pakistan, dove la superficie dedicata agli alberi di banana è calata da 60.000 a 26.000 ettari.
  • Agli inizi degli Anni ’90 è stata identificata la prima epidemia in Malawi, dove la produzione si è più che dimezzata (nei distretti di Nkhatabay e Nkhotakota la perdita è stata del 100%).
  • Le recenti epidemie in varie regioni dell’India hanno causato perdite di oltre 50 milioni di dollari l’anno.
  • In Africa, i paesi attualmente a rischio sono Burundi, Repubblica Democratica del Congo, Gabon, Ruanda, Benin, Nigeria, Congo e Camerun, qui, le varietà più suscettibili registrano perdite che vanno dal 50 al 100%.

Attualmente, invece, la malattia è presente in 36 nazioni divise tra Africa, Asia e Oceania.

Trasmissione del virus.

Il veicolo di diffusione primaria del BBTV, nelle zone di produzione della banana, è rappresentato dal materiale di propagazione infetto. Inoltre, il virus può essere trasmesso anche due specie di afidi, Pentalonia nigronervosa (nell’immagine di destra) e Pentalonia caladii. Questi insetti possono entrare a contatto del virus succhiando la linfa di piante infette. Nel corpo del vettore, il virus è in grado di riprodursi e sopravvivere a tempo indeterminato, per cui contagerà nuove piante ogni volta l’afide pungerà un banano sano. All’interno dell’insetto, il virus cresce e si moltiplica senza alterare la salute dell’afide: le colonie di BBTV sono state localizzate nelle cellule epiteliali delle ghiandole salivari e del tubo digerente del piccolo organismo.

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La trasmissione del virus è più efficiente negli adulti di P. nigronervosa e a temperature comprese tra 25° e 30°C. Quando un adulto assume il virus, trascorre un tempo di 20-28 h perché esso si posizioni nell’insetto e diventi trasmissibile.

Diagnosi della malattia da BBTV.

Le prime diagnosi si basavano sulla tecnica immunologica ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay), che impiega anticorpi in grado di riconoscere selettivamente alcune proteine virali. Con questa procedura, il virus era identificabile 12-25 giorni dopo l’inoculazione in qualsiasi parte della pianta infetta, anche se la sensibilità maggiore viene rilevata nelle foglie più giovani.

Risultati migliori si sono ottenuti con altri tipi di tecnologie. Per farti un esempio veloce, è possibile utilizzare sonde a DNA per identificare la presenza di DNA virale (NASH: Nucleic Acid Spot Hybridization), oppure è possibile amplificare un minuscolo campione di DNA virale utilizzando una tecnica chiamata PCR (Polymerase Chain Reaction). Oggi sono anche disponibili dei kit per la diagnosi rapida direttamente in campo o in aree dove non si ha disponibilità di laboratori di diagnosi molecolare o strutture affini. Questi kit riescono ad individuare le piante infette amplificando dei segmenti del DNA virale, se presente, in modo rapido e accurato.

 Controllo della malattia.

Nel mondo non esistono varietà di banana resistenti al BBTV, anche se esistono cloni tolleranti o che mostrano diversi livelli di suscettibilità. I cloni tolleranti sono stati impiegati per ripristinare la produzione in aree endemiche.

Il controllo della malattia prevede un ampio ventaglio di tecniche da utilizzare in modo integrato, come l’eliminazione fisica delle piante infette, l’utilizzo di cloni sani (virus-free) e il ricorso a misure di quarantena. Una delle principali limitazioni da questo punto di vista è la carenza di materiale virus-free.

Cloni di piante sane possono essere prodotti in laboratorio sanificando dei tessuti meristematici (composti da cellule staminali vegetali) tramite alte temperature per incubarli in modo da favorire lo sviluppo di un germoglio funzionale. Questa produzione deve essere affiancata da un efficace sistema di certificazione fitosanitaria che consenta il commercio internazionale di materiale sano. Mentre in Asia e Oceania questo tipo di controllo sta producendo buoni risultati, in Africa il sistema è poco efficace e quindi si rischia costantemente di diffondere materiale infetto.

All’interno delle singole piantagioni è raccomandato un monitoraggio regolare per permettere l’eradicazione e l’eliminazione delle piante che mostrano i sintomi della malattia. Una possibile tecnica è quella di distribuire una miscela di insetticida contro l’afide vettore e di un erbicida per uccidere rapidamente le piante infette, ma il procedimento ha delle serie limitazioni in termini di costo ed efficacia. In effetti, la lotta chimica al vettore è poco o nulla contemplata nel mondo a causa dell’elevato costo degli insetticidi e del rischio dell’accumulo di residui potenzialmente nocivi nella frutta.

La tecnica migliore per controllare efficacemente la diffusione del BBTV sarebbe quella di utilizzare varietà resistenti o tolleranti al virus, ma nessuna delle varietà testate mostra livelli di resistenza accettabili. Alcune varietà di banana, platano e altri ibridi hanno mostrato tolleranza con livelli diversi di gravità dei sintomi. È proprio nell’ambito della resistenza delle varietà alla malattia che è auspicabile l’intervento delle biotecnologie.

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Come possono aiutare le biotecnologie per incrementare la resistenza al BBTV?

Come è stato accennato, in natura non sono state identificate delle fonti efficaci di resistenza che possano migliorare la sopravvivenza dell’albero di banana, per cui, diversi gruppi di ricerca si sono applicati sulle possibilità che offre l’ingegneria genetica nello sviluppo di piante transgeniche resistenti ai maggiori patogeni.

Shekhawat e colleghi hanno pubblicato uno studio che mostra l’efficacia della tecnica di silenziamento genico nella prevenzione delle infezioni da BBTV.

Il silenziamento genico, chiamato anche RNA interference è un fenomeno per il quale piccoli frammenti di RNA, chiamati small interfering RNAs (siRNAs), in combinazione con un complesso enzimatico, riescono a degradare selettivamente certe sequenze di RNA messaggero prima che esse vengano tradotte in proteina dai ribosomi della cellula. Nella figura accanto è illustrato in sintesi il funzionamento di questo fenomeno.

Da uno studio del genoma del BBTV, è emerso che la proteina Rep è l’elemento fondamentale per l’instaurazione dell’infezione nelle piante di banana, infatti, è proprio quella che consente la sintesi delle altre proteine virali e, quindi, la replicazione del virus stesso. Partendo da questo presupposto, sono stati modellati degli siRNAs specifici per il gene Rep, i quali erano stati precedentemente individuati da uno studio su piante modello.

Successivamente, i geni prescelti sono stati clonati in colture di Agrobacterium tumefaciens, che è il vettore batterico di prima scelta per produrre piante transgeniche, in quanto consente di inoculare dei geni ingegnerizzati nelle cellule vegetali. Queste colture batteriche, infatti, sono state messe in condizione di inserire tali geni in cellule embrionali di banana appartenenti alla varietà Rasthali. Da queste cellule si sono sviluppati dei germogli nei quali è stata verificata l’effettiva presenza dei geni ingegnerizzati.

Una volta verificato che l’inserimento dei geni è stato attuato con successo, questi germogli sono stati infettati da BBTV. Come atteso, le piante transgeniche non hanno sviluppato i sintomi della malattia nel lungo termine e ciò è stato confermato da dei test molecolari e immunologici, che non hanno rilevato la presenza di alcuna proteina virale nelle cellule vegetali. Inoltre, la presenza di questi siRNAs non ha alterato la normale fisiologia della pianta, per cui questi organismi transgenici sono cresciuti normalmente come ogni altra pianta di banana.

Poco dopo, un altro gruppo di ricerca ha utilizzato la medesima tecnologia per ingegnerizzare piante di banana della varietà Virupakshi, che in India è una delle più economicamente significative. Il risultato ottenuto è stato analogo: le piante transgeniche hanno mostrato un’elevata resistenza alle infezioni da BBTV e non hanno manifestato anomalie nello sviluppo né nella produzione di frutta.

La banana transgenica può resistere al virus.

Laddove le tecniche tradizionali di controllo delle malattie delle piante non producono i risultati sperati oppure sono proibitive da applicare, come nel caso della banana, le biotecnologie possono dare un grande aiuto nel fronteggiare patogeni epidemici e distruttivi come il BBTV. Il meccanismo del silenziamento genico, presente normalmente anche in natura, può essere quindi sfruttato a nostro vantaggio per indurre una resistenza ai patogeni efficace e duratura, senza produrre effetti negativi sulla crescita delle piante. Questa tecnologia è stata applicata con successo anche su altre specie di piante prima del banano e sicuramente rimarrà una delle risorse predilette nelle future ricerche in campo fitosanitario.


About the Author : Tommaso Montanari

Biotecnologo agrario. Attore per caso. Con mille passioni e interessi.

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  2. […] delle banane così come le conosciamo. Niente paura: Tommaso Montanari su biochronicles ci spiega come l’ingegneria genetica può aiutarci a salvare le […]

  3. […] che il 99.9% della biomassa terrestre è costituita da alberi e vegetali (tra cui una specie su otto è minacciata di estinzione), mentre solo lo 0.1% della biomassa è […]

  4. […] proprio perché la maggior parte dei biocarburanti veniva prodotta utilizzando una biomassa vegetale proveniente da coltivazioni destinate all’uso […]

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