L’agricoltura si trova ad affrontare una delle sfide più grandi della sua storiaProdurre cibo a sufficienza per una popolazione che raggiungerà quasi 9.700 miliardi di persone in pochi decenni, su un pianeta più caldo e secco, con eventi meteorologici sempre più estremi. In questo contesto, Pomodori resistenti al sale Smettono di essere una curiosità scientifica e diventano una necessità reale in molte aree agricole del mondo.
Allo stesso tempo, biotecnologia vegetale, miglioramento genetico classico e utilizzo di microrganismi benefici Stanno sviluppando una gamma di soluzioni per garantire che colture importanti come pomodori, cereali e brassicacee rimangano redditizie in terreni con elevati livelli di salinità e basso stress idrico. Laboratori in Spagna, Cile e centri internazionali stanno già lavorando con pomodori selvatici, portinnesti, rizobatteri e proteine di difesa per "proteggere" le piante da questi stress abiotici.
Perché la salinità è diventata un problema urgente
L'aumento della temperatura globale, l'intensificarsi della siccità e il continuo utilizzo di acqua per l'irrigazione ad alto contenuto di sale. Stanno causando un aumento della salinità di molti terreni agricoli. Questo fenomeno è stato particolarmente evidente nelle regioni aride e semi-aride, come il Cile centrale e settentrionale, ma colpisce anche le aree mediterranee della Spagna e di altre parti del mondo dove l'acqua è sempre più scarsa e di qualità inferiore.
La salinità del suolo è uno degli stress abiotici più dannosi per la produttività agricola.In colture come i pomodori, l'aumento della concentrazione salina altera processi chiave: germinazione dei semi, vigore delle piantine, crescita vegetativa, fioritura e formazione dei frutti. Tutto ciò si traduce in una riduzione delle rese per ettaro e in una diminuzione della qualità commerciale dei pomodori.
In Cile, ad esempio, si stima che ci siano circa 1.500 ettari colpiti da gravi problemi di salinità e alti livelli di carbonatisoprattutto nelle zone a clima arido dove l'irrigazione viene effettuata con acqua salata e applicazioni fertilizzanti in modo mal regolatoLa valle di Lluta è un caso paradigmatico: lì sono state misurate conduttività elettriche fino a 11,5 dS/m nelle piantagioni di pomodori, valori che qualsiasi manuale considererebbe estremi per una coltura orticola.
L'effetto del sale sulle piante va oltre la "bruciatura" di radici o foglieL'eccesso di sodio e altri ioni alterano l'equilibrio idrico e causano stress osmotico, ma generano anche un forte stress ossidativo all'interno delle cellule vegetali. Pertanto, la pianta risponde attivando meccanismi di difesa, regolando la traspirazione, modificando la crescita delle radici e riorganizzando le sue riserve di ioni come sodio e potassio.
Di fronte a questa situazione, La ricerca di pomodori che possano crescere bene nei terreni salini non è un capriccio di laboratorio.bensì un impegno a continuare a coltivare su terreni che attualmente sono al limite o direttamente esclusi dalla produzione intensiva.
Ricerca in Spagna: proteine di resistenza e pomodori transgenici
In Spagna, una delle organizzazioni leader in questo campo è la Centro per la biotecnologia e la genomica vegetale (CBGP)dove un vasto team di ricercatori studia come crescono le piante, come interagiscono con i microrganismi e come si adattano ai cambiamenti climatici e alle condizioni ambientali avverse.
L'obiettivo del CBGP è sviluppare soluzioni biotecnologiche che affrontino problemi con un impatto sociale significativo.: ridurre gli effetti del cambiamento climatico sull'agricoltura, generare colture con maggiore valore nutrizionale, aumentare la biomassa disponibile per cibo ed energia e, naturalmente, ottenere piante più tolleranti alla siccità, alla salinità e alle ondate di calore.
I loro laboratori studiano come le piante percepiscono e affrontano aumenti di temperatura, lunghi periodi di siccità e terreni con elevate concentrazioni di saleDa lì, vengono identificati i meccanismi molecolari e le proteine di difesa che permettono ad alcune piante di resistere meglio a questi stress ambientali. Una volta individuati, gli scienziati creano esperimenti "proof-of-concept" in cui generano piante transgeniche che accumulano queste proteine o attivano questi meccanismi in modo potenziato.
Il risultato più sorprendente finora è lo sviluppo di piante di pomodoro resistenti alla salinità.Queste piante sperimentali, per le quali è già stato richiesto un brevetto europeo, non solo sopravvivono in un ambiente salino, ma mantengono anche una resa accettabile e uno sviluppo vegetativo che altri pomodori fallirebbero.
I ricercatori del CBGP sono convinti che La stessa tecnologia può essere applicata ad altre colture più sensibili al sale rispetto ai pomodori., come piselli, fagioli, mais, fragole o brassicacee (cavoli, broccoli…). Queste ultime sono fondamentali nella dieta quotidiana e la loro perdita di resa dovuta alla salinità avrebbe avuto conseguenze importanti sulla sicurezza alimentare, da qui l'interesse ad adattarle anche loro.
Tuttavia, dal punto di vista della sicurezza alimentare, lavorare con le proteine di difesa non è così semplice.Molte di queste proteine appartengono a famiglie che contengono anche proteine allergeniche. Pertanto, all'interno del CBGP stesso, esiste un gruppo specializzato in allergeni che analizza meticolosamente le caratteristiche che rendono una proteina allergenica e valuta se nuove varianti rappresentino o meno un rischio per i consumatori.
El objetivo es per garantire che qualsiasi soluzione biotecnologica, per quanto promettente possa essere in termini di resistenza allo stressDeve soddisfare gli standard di sicurezza e non generare nuove allergie alimentari. Questo aspetto, meno appariscente della creazione di piante transgeniche "star", è assolutamente fondamentale affinché questi progressi raggiungano il mercato.
Serre high-tech e fenotipizzazione digitale
Per sviluppare questi progetti, il CBGP non solo dispone di laboratori di biologia molecolare e genetica, ma anche strutture all'avanguardia per la coltivazione di piante in condizioni altamente controllateHanno circa 1.900 m2 adattati per le sperimentazioni colturali, tra cui una serra di 1.200 m2 dotata di specifici sistemi di climatizzazione e illuminazione.
All'interno di queste serre, un infrastruttura di fenotipizzazione digitale automatizzataDue moduli di tipo P2 completamente climatizzati (livello di contenimento transgenico) possono regolare la temperatura in un intervallo compreso tra 10 e 45 °C, simulando condizioni meteorologiche che spaziano dalle notti fredde alle intense ondate di calore. All'interno di questi moduli, un sistema robotico registra automaticamente la crescita delle piante, il consumo di acqua, lo stato di idratazione e la gravità dei sintomi di stress.
Grazie a questi strumenti di fenotipizzazione ad alto rendimento, i ricercatori possono misurare con precisione la risposta di ogni pianta. alla salinità, alla siccità o al caldo estremo. Non si tratta solo di osservare visivamente se appassisce o meno, ma di avere dati continui e confrontabili da decine o centinaia di genotipi simultaneamente.
Un altro elemento chiave di queste strutture sono le rizotroni, strutture con piastre trasparenti che permettono l'osservazione dell'apparato radicale senza dover sradicare la pianta. Studiano lo spessore, la profondità e la ramificazione delle radici, nonché l'effetto di diversi livelli di sale o prodotti biologici sul loro sviluppo.
Un aspetto interessante è questo L'accesso a queste piattaforme non è limitato esclusivamente ai team CBGPSono inoltre aperti a progetti di altre organizzazioni pubbliche e private interessate ad affrontare le principali sfide dell'agricoltura del futuro. Ciò favorisce la collaborazione e accelera il trasferimento di conoscenze dal mondo accademico al settore produttivo.
Cereali che “respirano” azoto: meno fertilizzanti, più sostenibilità
Oltre alla salinità, un altro fronte aperto nel CBGP è il riduzione dell'uso di fertilizzanti azotati nell'agricoltura intensivaSebbene questi fertilizzanti siano stati fondamentali per ottenere rese elevate di cereali come riso, grano o mais, il loro impatto ambientale è enorme: contaminazione delle falde acquifere e dei fiumi, degrado del suolo ed emissioni di gas serra durante la loro produzione e il loro utilizzo.
Il ricercatore Luis Rubio sta guidando un progetto, finanziato dalla Fondazione Gates, che mira per ottenere cereali capaci di utilizzare direttamente l'azoto presente nell'ariaQuesto è qualcosa che, fino ad ora, solo alcuni batteri erano in grado di fare grazie all'enzima nitrogenasi. Le piante non possiedono questo enzima in natura, quindi dipendono dalle fonti di azoto disponibili nel terreno, molte delle quali provengono da fertilizzanti chimici.
Questo lavoro utilizza batteri che fissano l'azoto come Azotobacter vinelandii (spesso associato al microbiota del suolo e noto nel campo delle biotecnologie) come modello per il trasferimento dei geni responsabili della fissazione dell'azoto ai cereali. L'obiettivo finale è che queste colture siano in grado, in un certo senso, di "respirare" l'azoto atmosferico e di metabolizzarlo per la loro crescita.
Se questa linea di ricerca avrà successo, aprirà le porte a un'agricoltura molto più sostenibile.Ciò ridurrebbe drasticamente l'uso di fertilizzanti chimici e la loro impronta di carbonio. Inoltre, contribuirebbe a ripristinare i suoli degradati e a ridurre al minimo l'inquinamento degli ecosistemi acquatici, soprattutto nelle regioni in cui questi input sono stati utilizzati in modo eccessivo per decenni.
La squadra stessa riconosce, tuttavia, che Si tratta di un obiettivo estremamente ambizioso che richiederà decenni di lavoro.Lo sviluppo di cereali autofertilizzanti come il riso, il grano o il mais è una delle grandi aspirazioni della moderna biotecnologia, ma anche una sfida tecnologica di altissimo livello che richiede l'integrazione di genetica, fisiologia vegetale, ecologia microbica e considerazioni sulla sicurezza ambientale.
Cile: portinnesti, formulazioni antiossidanti e rizobatteri
In Cile, diversi gruppi di ricerca stanno affrontando il problema della salinità con approcci complementari. Uno dei progetti più avanzati è quello promosso da Gruppo di ricerca in fisiologia vegetale e biologia molecolare dell'INIA La Cruz, nella regione di Valparaíso, insieme a università nazionali e internazionali.
Da un lato, è stato avviato un progetto FONDECYT (1180958) incentrato su lo sviluppo di portinnesti di pomodoro tolleranti alla salinitàQuesto risultato si ottiene incrociando il pomodoro coltivato (Solanum lycopersicum) con il pomodoro selvatico Solanum chilense, una specie locale adattata agli ambienti salini. L'idea non è quella di alterare le varietà commerciali, ma piuttosto di migliorare la "scarpa", ovvero il portainnesto su cui viene innestata la parte aerea della pianta.
Questi portainnesti cileni al 100% consentiranno rese accettabili e frutti di qualità in terreni con un'elevata concentrazione di sali.preservando le caratteristiche commerciali dei pomodori già noti al mercato. Secondo il Dott. Juan Pablo Martínez, i materiali risultanti mostrano interessanti meccanismi di tolleranza allo stress salino, il che apre le porte all'espansione delle aree di coltivazione.
Questo lavoro è svolto in collaborazione con gruppi dell'Università Austral del Cile e dell'Università Cattolica di Lovanio (Belgio), con l'obiettivo di promuovere lo scambio scientifico e la cooperazione internazionaleSecondo lo stesso Martínez, questo è un chiaro esempio di come l'agronomia applicata possa rispondere ai reali problemi del territorio senza rinunciare alla ricerca di alto livello.
Parallelamente, nell’ambito del progetto di Ricerca in Scienza e Tecnologia “PASSA” (ACT 192073), un consorzio di INIA La Cruz, l’Università del Cile e l’Università Arturo Prat è sviluppo di formulazioni per aumentare la tolleranza dei pomodori alla scarsità d'acqua e alla salinitàL'obiettivo è risparmiare acqua e mantenere una produzione sostenibile nelle aree colpite da questi stress abiotici.
Una di queste formulazioni, genericamente chiamata “biomodulatore”, combina composti naturali con forte capacità antiossidante, come l'acido lipoico e alcuni carotenoidiinsieme ad altre molecole chimiche che avevano già mostrato risultati promettenti in precedenti sperimentazioni presso l'Università del Cile. Applicato come spray fogliare, mira a mitigare lo stress ossidativo causato dalla siccità e dalla salinità nelle cellule vegetali.
L'altra formulazione si basa su Rizobatteri isolati da piante che crescono nel deserto di Atacamaun ambiente estremamente arido e salino. Studi dell'Università Arturo Prat hanno dimostrato che questi batteri conferiscono resistenza alla salinità alle piante con cui si associano, consentendo loro di prosperare in condizioni che sarebbero letali per la maggior parte delle specie coltivate.
Inoltre, INIA La Cruz sta lavorando con promotori della crescita delle piante (PGPR) ottenuti dalla loro banca di microrganismiNelle prove in serra è stato osservato che l'applicazione di questi rizobatteri alle piante di pomodoro sottoposte a salinità ne migliora significativamente la crescita e il vigore.
Sono in fase di sperimentazione diversi consorzi: uno formato da ceppi di Pseudomonas originario di ambienti salini del nord, selezionato dal gruppo del professor Ricardo Tejos presso l'Università Arturo Prat, e un altro con vari ceppi del genere StaphylococcusInoltre, c'è una tensione di Bacillus amiloliquefaciens, identificato dalla Microbial Genetic Resources Bank dell'INIA Quilamapu come tollerante alla salinità.
I promotori della crescita a base di Bacillus sono infatti i bioprodotti più diffusi al mondo Grazie alla loro sicurezza per gli esseri umani e alla loro efficacia nel controllo di un'ampia gamma di parassiti e malattie, a seconda del ceppo utilizzato, si stima che rappresentino circa il 90% del mercato globale degli agenti di controllo biologico.
In Cile vengono condotte prove in campo e in serra su due tipi di pomodoro: una varietà ibrida commerciale indeterminata e una varietà locale chiamata Poncho NegroTipico della Valle di Yuta e della zona di Azapa, nella regione di Arica e Parinacota. In tutti i casi, le piante di controllo vengono confrontate con altre esposte a una maggiore salinità per generare uno stress marcato, e viene analizzato l'effetto delle diverse formulazioni.
Come sottolinea il Dott. Martínez, L'uso di bioprodotti a base di rizobatteri e microrganismi può ridurre in parte l'impiego di prodotti chimici. In agricoltura, si sta procedendo verso una produzione più pulita e sostenibile. Questi bioprodotti si basano su risorse biologiche rinnovabili e hanno generalmente un impatto ambientale molto basso, sebbene siano ancora necessarie molte più informazioni sullo sviluppo e sulla formulazione per ottimizzarne l'uso.
Questa linea di lavoro è particolarmente preziosa perché Le soluzioni sono progettate tenendo conto della realtà dell'agricoltore cileno.Vengono testati dosaggi, tempi di applicazione e combinazioni di prodotti che possono poi essere trasferiti direttamente alla pratica quotidiana, senza che il produttore debba apportare drastici cambiamenti al proprio modo di lavorare.
Il tesoro genetico dei pomodori selvatici
Oltre alla biotecnologia avanzata o ai bioprodotti microbici, una fonte di soluzioni alla salinità risiede i parenti selvatici del pomodoro coltivatoI ricercatori del Boyce Thompson Institute hanno studiato in dettaglio il Solanum pimpinellifolium, il parente selvatico più prossimo del pomodoro domestico, caratterizzato da piccoli frutti simili a ciliegie ma da un'enorme diversità genetica e da una grande resistenza allo stress.
Questo lavoro presentato diverse linee di S. pimpinellifolium a vari livelli di stress salinoSia in serra che in campo, sono state utilizzate tecniche di fenotipizzazione ad alto rendimento molto simili a quelle descritte nel CBGP. L'analisi ha rivelato un'enorme variabilità nel modo in cui queste piante hanno affrontato la salinità, passando da individui che non hanno mostrato praticamente alcun stress ad altri che hanno subito notevoli perdite di resa.
Uno dei risultati più sorprendenti è stato che Il vigore generale della pianta (la sua capacità di crescere rapidamente e con forza) è stato un fattore decisivo nella sua tolleranza al saleLe piante più vigorose hanno resistito meglio allo stress, il che suggerisce che la selezione in base al vigore potrebbe migliorare indirettamente la tolleranza alla salinità nei programmi di allevamento.
È stato anche scoperto che tratti come il tasso di traspirazione, la massa dei germogli aerei e l'accumulo di ioni (in particolare sodio e potassio) nei tessuti Erano correlati con le prestazioni in condizioni di stress salino. È interessante notare che, mentre la traspirazione era fondamentale per spiegare le prestazioni in serra, in condizioni di campo il fattore più strettamente correlato alla resa era la massa fuori terra della pianta.
Forse la cosa più sorprendente è stata scoprire che La quantità totale di sale accumulata nelle foglie non era così determinante per la resa come si era ipotizzato.Questa scoperta mette in discussione alcune idee classiche sulla tolleranza al sale, che si concentravano quasi esclusivamente sulla limitazione dell'ingresso o dell'accumulo di sodio nei tessuti aerei, e apre nuove linee di ricerca incentrate su altri meccanismi di adattamento.
Lo studio, pubblicato in The Plant Journal, consentito di identificare geni candidati che non erano stati precedentemente associati alla tolleranza allo stress salinoQuesti genotipi specifici possono essere utilizzati come donatori di alleli nei programmi di miglioramento genetico per introdurre la tolleranza al sale nei pomodori coltivati e in altre colture correlate.
Nel complesso, questa ricerca Ciò rafforza l'idea che i parenti selvatici delle piante coltivate siano una vera e propria banca di soluzioni. Di fronte al cambiamento climatico e alle nuove condizioni ambientali, questi materiali, combinati con le tecniche classiche di miglioramento genetico e con i moderni strumenti di genomica e fenotipizzazione, possono accelerare la creazione di varietà agricole più resilienti.
La convergenza di tutte queste linee di lavoro —pomodori transgenici tolleranti al sale, portinnesti locali, bioprodotti a base di rizobatteri, cereali che sfruttano l'azoto atmosferico e l'uso intensivo della diversità dei pomodori selvatici— indicano una un modello agricolo molto più resiliente di fronte al cambiamento climatico e al degrado del suolo. Anche se ci vorranno ancora anni prima di vedere alcune di queste innovazioni su larga scala nei supermercati o nelle aziende agricole, la strada è chiaramente tracciata: integrare biotecnologie, ecologia microbica e miglioramento genetico per continuare a raccogliere pomodori succosi dove sale e siccità sembravano aver vinto.
