Progressi nella genetica dell'avena: uno sguardo più da vicino

Avena è un cereale super popolare, settimo per diffusione nel mondo. È apprezzato per l’alta quantità di fibra alimentare, che fa bene alla salute. Inoltre, le avene vengono usate per creare vari prodotti alimentari, comprese alternative al latte vegetale. Nell’anno di raccolto 2022/23, la produzione globale di avena ha superato i 25 milioni di tonnellate metriche.

#Il Potenziale delle Varietà di Avena Migliorate

I progressi genetici potrebbero migliorare la coltivazione dell’avena, rendendola più produttiva e sostenibile. Però, gran parte di questo potenziale è ancora inespresso. A confronto con frumento e orzo, che hanno avuto le loro sequenze genomiche disponibili per circa dieci anni, l’avena ha un po’ di ritardo nella ricerca. Le prime sequenze di riferimento del Genoma dell’avena sono state pubblicate solo recentemente. Questo ritardo è in parte dovuto alla complessità del genoma dell’avena, che ha tre sottogeni diversi.

#Comprendere la Genetica dell’Avena

L’avena ha un patrimonio genetico complesso, classificato come alloesaploide, il che significa che ha sei set di Cromosomi provenienti da tre fonti diverse. Questa complessità influisce su come i tratti si trasmettono attraverso le generazioni. Sebbene l’avena esista nella sua forma attuale da molto tempo, l’evoluzione più recente del frumento ha reso più facile per i ricercatori studiarlo.

Sono cominciati studi per analizzare il genoma dell’avena in dettaglio, cercando di mappare la sua discendenza e organizzare i suoi cromosomi in base alle loro origini. Questo lavoro ha dimostrato che alcuni geni non si trovano dove ci si potrebbe aspettare in base alla loro genealogia, portando a una migliore comprensione della struttura del genoma dell’avena.

#Un Nuovo Quadro Genomico dell’Avena

I ricercatori hanno assemblato e studiato i genomi di 33 linee diverse di avena, ora chiamate PanOat panel. Questo gruppo include varietà commerciali di avena di successo, risorse genetiche importanti e parenti selvatici e coltivati dell’avena. Confrontando queste linee diverse, i ricercatori possono rappresentare la piena diversità genetica del cereale.

Per dare senso a questi genomi, i geni sono stati annotati utilizzando campioni di diversi tessuti e stadi di sviluppo dell’avena. Questo ha comportato il sequenziamento dell’RNA di varie parti della pianta per identificare i geni attivi. Questo processo a più fasi ha portato all’identificazione di un numero significativo di geni, molti dei quali si esprimono in modi diversi tra le linee di avena.

#Esaminare il Pangenoma dell’Avena

Il team di ricerca ha anche esaminato la composizione del pangenoma dell’avena, che include tutti i diversi geni trovati tra le linee di avena. Hanno classificato questi geni in tre gruppi: geni core presenti in tutte le linee, geni shell trovati in molte linee, e geni cloud specifici per poche linee.

I geni core sono coinvolti in funzioni essenziali come lo sviluppo dei fiori e l’assorbimento dei nutrienti, mentre i geni shell riguardano spesso la difesa delle piante e le funzioni di stoccaggio. I geni cloud potrebbero avere ruoli specifici, come la segnalazione durante lo stress o l’aiuto nel trasporto di nutrienti.

Sono stati analizzati anche i modelli di Espressione genica, mostrando che alcuni geni erano più stabili nella loro espressione tra diverse linee, specialmente quelli coinvolti in funzioni cellulari di base. Tuttavia, l’espressione variava notevolmente in altri geni in base al tipo di tessuto e alle specifiche linee di avena.

#Variabilità dell’Espressione Genica nell’Avena

La ricerca sull’espressione genica dell’avena ha evidenziato le dinamiche complesse in gioco. Diverse copie di geni possono essere presenti in quantità variabili tra i sottogeni dell’avena. Questa variabilità può cambiare in base al tessuto esaminato e alla linea genetica specifica studiata.

Alcuni geni si sono espressi in modo costante tra diverse linee, mentre altri hanno mostrato una vasta gamma di livelli di espressione. Alcuni fattori di trascrizione chiave, responsabili della regolazione dell’espressione genica, sono stati trovati arricchiti in tessuti specifici, indicando la loro importanza nella crescita e nello sviluppo delle piante.

Esaminando i casi in cui mancavano copie di geni, i ricercatori hanno scoperto che altre copie spesso compensavano aumentando la loro espressione. Tuttavia, questa compensazione era più efficace tra geni strettamente correlati, suggerendo che più si è vicini, maggiore è la possibilità di compensazione.

#Investigare i Geni Sintetizzatori di Cellulosa nell’Avena

L’avena è nota per contenere beta-glucani, che possono abbassare i livelli di colesterolo e aiutare a ridurre il rischio di malattie cardiache. Una classe critica di geni coinvolti nella creazione di questi composti sono le cellulosa sintetasi. I ricercatori hanno studiato l’espressione e le copie di questi geni tra diverse linee di avena.

In media, l’avena ha un numero considerevole di geni correlati alla cellulosa, e la loro espressione variava tra le diverse linee. Hanno scoperto che alcuni geni principali giocano un ruolo significativo nei livelli complessivi di espressione, il che significa che pochi attori chiave possono influenzare quanto sono attivi questi geni.

Curiosamente, le Cultivar tendevano a mostrare livelli di espressione più alti di questi geni rispetto alle non cultivar, suggerendo che la selezione artificiale ha avuto un effetto positivo sulle loro prestazioni.

#Varianti Strutturali nei Cromosomi dell’Avena

La ricerca ha esplorato anche grandi cambiamenti strutturali nei cromosomi dell’avena. Questi cambiamenti, che possono verificarsi naturalmente nel tempo, possono essere significativi per la selezione e lo sviluppo del raccolto. Ad esempio, sono state trovate alcune alterazioni cromosomiche già conosciute, insieme a nuove che non erano state documentate prima.

Tra questi cambiamenti, specifiche traslocazioni sono state collegate a tratti importanti, come il tempo di fioritura. È stata scoperta una traslocazione notevole che collega i cambiamenti cromosomici all’anticipazione della fioritura nell’avena, che può influenzare come si comporta il raccolto in diversi ambienti.

#L’Impatto Inaspettato della Selezione per Mutazione

Alcuni risultati hanno messo in evidenza gli effetti duraturi della selezione per mutazione, avvenuta nel 20° secolo. I ricercatori hanno scoperto cambiamenti cromosomici derivanti da programmi di allevamento mirati a migliorare la resa e i tratti di crescita. Interessante, queste varianti strutturali influenzano ancora le varietà moderne di avena, anche se in modo non intenzionale.

Attraverso test genetici di varie accessioni di avena in tutto il mondo, hanno identificato alcune linee che presentano questi cambiamenti strutturali, in particolare nelle varietà australiane rilasciate negli ultimi decenni. Questo suggerisce che, sebbene la selezione per mutazione possa portare a tratti desiderabili, possa anche introdurre cambiamenti genetici nascosti che potrebbero influenzare gli sforzi di selezione futuri.

#Direzioni Future nella Ricerca sull’Avena

I risultati di questa ricerca forniscono una solida base per avanzare nell’allevamento dell’avena. Gli studi su larga scala hanno generato risorse preziose, comprese sequenze genomiche e dati completi sull’espressione genica.

Utilizzando queste informazioni, i ricercatori possono migliorare i programmi di selezione, rendendoli più efficienti ed efficaci nella selezione di tratti desiderabili. I futuri sforzi dovrebbero anche considerare una gamma più ampia di specie di avena per scoprire la piena diversità genetica all'interno del genere Avena.

Infine, molte domande rimangono su come l’avena sia stata addomesticata e come siano stati selezionati vari tratti nel tempo. Gli sforzi di ricerca in corso illumineranno ulteriormente questi argomenti, contribuendo a una migliore comprensione dell’avena e dei suoi potenziali benefici in agricoltura e salute.