Nozioni di base sulla selezione vegetale: Creazione di nuove varietà attraverso la selezione selettiva

La selezione vegetale è l'arte e la scienza di modificare i tratti delle piante per produrre le caratteristiche desiderate. È stata praticata per migliaia di anni, a partire dai primi agricoltori che selezionavano i semi migliori da ogni raccolto per piantare la generazione successiva. Oggi, la selezione vegetale combina tecniche tradizionali con tecnologie moderne per creare varietà migliorate che sono più produttive, resistenti alle malattie e adattabili a varie condizioni ambientali. Questo articolo fornisce una panoramica completa della selezione vegetale, concentrandosi sulla selezione selettiva, uno dei metodi più antichi e ampiamente utilizzati.

Cos'è la selezione selettiva?

La selezione selettiva, nota anche come selezione artificiale, è il processo di selezione di piante con tratti desiderabili e di utilizzo di queste come genitori per produrre la generazione successiva. Questo processo viene ripetuto per molte generazioni, migliorando gradualmente i tratti desiderati nella popolazione. A differenza dell'ingegneria genetica, la selezione selettiva agisce all'interno della variazione genetica naturale già presente all'interno di una specie vegetale. Non introduce geni estranei da altre specie. È un metodo per guidare il processo evolutivo in una direzione che avvantaggia gli umani.

I principi della selezione selettiva

La selezione selettiva si basa su diversi principi chiave:

• Variazione: Gli individui all'interno di una popolazione devono presentare variazioni nei tratti di interesse. Senza variazione, non c'è nulla da selezionare. Questa variazione deriva dalle differenze genetiche tra gli individui.
• Ereditabilità: I tratti desiderati devono essere ereditabili, il che significa che possono essere trasmessi dai genitori alla prole. I tratti che sono fortemente influenzati dall'ambiente possono essere difficili da migliorare attraverso la selezione selettiva.
• Selezione: Gli allevatori devono essere in grado di identificare e selezionare individui con la migliore espressione dei tratti desiderati. Ciò richiede un'attenta osservazione, misurazione e valutazione.
• Riproduzione: Gli individui selezionati devono essere in grado di riprodursi, tramite auto-impollinazione, impollinazione incrociata o propagazione vegetativa.

Fasi della selezione selettiva

Il processo di selezione selettiva prevede in genere le seguenti fasi:

1. Definizione degli obiettivi di selezione

Il primo passo è definire chiaramente gli obiettivi di selezione. Quali sono i tratti desiderati che si desidera migliorare? Esempi includono:

• Aumento della resa (ad esempio, più chicchi per pianta, frutti più grandi)
• Migliore resistenza alle malattie (ad esempio, resistenza a malattie fungine, batteriche o virali)
• Maggiore contenuto nutrizionale (ad esempio, livelli più elevati di vitamine, minerali o proteine)
• Migliore adattamento a specifici ambienti (ad esempio, tolleranza alla siccità, resistenza al freddo)
• Tratti di qualità migliorati (ad esempio, gusto, consistenza o aspetto migliori)

Gli obiettivi di selezione dovrebbero essere specifici, misurabili, raggiungibili, pertinenti e con limiti di tempo (SMART). Ad esempio, un obiettivo di selezione potrebbe essere quello di sviluppare una varietà di grano con una resa di grano superiore del 20% in aree soggette a siccità entro cinque anni.

2. Selezione delle piante madri

Una volta definiti gli obiettivi di selezione, il passo successivo è quello di selezionare le piante madri che possiedono i tratti desiderati. Ciò comporta la valutazione di un gran numero di piante e la scelta degli individui che soddisfano meglio gli obiettivi di selezione. Gli allevatori spesso considerano più tratti contemporaneamente, poiché migliorare un tratto può a volte influire negativamente su un altro. Le fonti di piante madri possono includere:

• Razze locali: Varietà adattate localmente che sono state sviluppate dagli agricoltori nel corso delle generazioni. Le razze locali possiedono spesso un'ampia gamma di diversità genetica e possono essere preziose fonti di geni per la resistenza alle malattie, la tolleranza allo stress e tratti di qualità unici.
• Varietà Heirloom: Varietà a impollinazione libera che sono state tramandate attraverso famiglie o comunità per molti anni. Come le razze locali, le varietà heirloom possono essere una fonte di tratti unici e diversità genetica.
• Linee di allevamento: Piante che sono state precedentemente selezionate e migliorate attraverso programmi di allevamento. Le linee di allevamento hanno spesso una combinazione di tratti desiderabili e possono essere utilizzate come genitori per creare varietà ancora migliori.
• Parenti selvatici: Specie selvatiche strettamente correlate alle colture coltivate. I parenti selvatici possono essere una preziosa fonte di geni per la resistenza alle malattie, la tolleranza allo stress e altri tratti che potrebbero essere assenti nelle varietà coltivate. Tuttavia, l'incrocio di colture coltivate con parenti selvatici può essere impegnativo e può richiedere tecniche speciali.
• Banche genetiche: Raccolte di semi o altro materiale vegetale che vengono mantenute per la conservazione e l'allevamento. Le banche genetiche sono un'importante risorsa per gli allevatori che cercano di accedere a un'ampia gamma di diversità genetica. Esempi includono il Svalbard Global Seed Vault in Norvegia e le banche genetiche nazionali in tutto il mondo.

Il processo di selezione può essere basato sull'osservazione visiva, sulla misurazione dei tratti (ad esempio, altezza della pianta, dimensione del frutto, resa) o sull'analisi di laboratorio (ad esempio, test per la resistenza alle malattie o il contenuto nutrizionale). In alcuni casi, gli allevatori utilizzano la selezione assistita da marcatori (MAS), una tecnica che utilizza marcatori del DNA per identificare le piante che portano geni specifici per i tratti desiderati. La MAS può accelerare il processo di allevamento e renderlo più efficiente.

3. Effettuare incroci

Dopo aver selezionato le piante madri, il passo successivo è quello di effettuare incroci tra di esse. Ciò comporta il trasferimento del polline dal genitore maschile al genitore femminile. Il metodo specifico utilizzato per l'incrocio dipende dalla specie vegetale e dalla sua biologia riproduttiva. Alcune piante sono autoimpollinanti, il che significa che possono fecondarsi da sole. Altre sono a impollinazione incrociata, il che significa che richiedono polline da un'altra pianta per essere fecondate.

Nelle piante a impollinazione incrociata, gli allevatori spesso utilizzano l'impollinazione manuale per controllare gli incroci e garantire che vengano utilizzati i genitori desiderati. Ciò comporta la rimozione con cura delle antere (organi produttori di polline) dal genitore femminile per impedire l'autoimpollinazione e quindi il trasferimento del polline dal genitore maschile allo stigma (la superficie ricettiva del fiore femminile). I fiori vengono quindi coperti per impedire l'impollinazione indesiderata da altre piante o insetti.

I semi prodotti dagli incroci sono chiamati F1 (prima generazione filiale). Le piante F1 sono ibridi, il che significa che hanno una combinazione di geni da entrambi i genitori. La generazione F1 è spesso uniforme e può presentare vigore ibrido (eterosi), il che significa che sono più vigorose e produttive di entrambi i genitori.

4. Valutazione e selezione della prole

Il passo successivo è quello di coltivare le piante F1 e valutarne le prestazioni. Ciò comporta la semina dei semi in un campo o in una serra e l'osservazione della loro crescita, sviluppo e resa. Gli allevatori misurano e registrano attentamente i dati sui tratti di interesse, come l'altezza della pianta, il tempo di fioritura, la resistenza alle malattie e la resa. In alcuni casi, possono anche condurre test di laboratorio per valutare il contenuto nutrizionale o la qualità della coltura.

Sulla base dei dati raccolti, gli allevatori selezionano le piante più performanti da utilizzare come genitori per la generazione successiva. Questo processo viene ripetuto per diverse generazioni, migliorando gradualmente i tratti desiderati nella popolazione. In ogni generazione, gli allevatori selezionano le piante che soddisfano meglio gli obiettivi di selezione e scartano le restanti.

Il processo di selezione può essere impegnativo, poiché la generazione F1 spesso segrega per vari tratti. Ciò significa che la prole delle piante F1 presenterà un'ampia gamma di variazioni, rendendo difficile l'identificazione dei migliori individui. Gli allevatori spesso coltivano ampie popolazioni di piante per aumentare le probabilità di trovare la combinazione desiderata di tratti.

5. Stabilizzazione della varietà

Dopo diverse generazioni di selezione, le piante risultanti diventeranno più uniformi e stabili per i tratti desiderati. Ciò significa che la prole assomiglierà più da vicino ai loro genitori. Per stabilizzare una varietà, gli allevatori spesso utilizzano l'endogamia, che prevede l'incrocio di piante con se stesse o con individui strettamente imparentati. L'endogamia aumenta l'omozigosi delle piante, il che significa che hanno più copie identiche di ogni gene. Ciò riduce la variazione genetica nella popolazione e rende la varietà più prevedibile.

L'endogamia può anche avere effetti negativi, come la riduzione del vigore e della fertilità. Questo è noto come depressione da endogamia. Per evitare la depressione da endogamia, gli allevatori spesso utilizzano altre tecniche, come la discesa da singolo seme (SSD), che prevede la selezione di un seme da ogni pianta in ogni generazione. SSD consente agli allevatori di mantenere una grande quantità di diversità genetica pur migliorando gradualmente i tratti desiderati.

6. Test e rilascio

Una volta che una varietà è stata stabilizzata, deve essere testata per garantire che funzioni bene in diversi ambienti e in diverse pratiche di gestione. Ciò comporta la conduzione di prove sul campo in più località e il confronto delle prestazioni della nuova varietà con le varietà esistenti. Le prove sono progettate per valutare la resa, la resistenza alle malattie, la qualità e l'adattabilità della nuova varietà.

Se la nuova varietà funziona bene nelle prove, può essere rilasciata agli agricoltori. Il processo di rilascio prevede in genere l'ottenimento della registrazione o certificazione ufficiale da parte di un'agenzia governativa. Ciò garantisce che la varietà soddisfi determinati standard di qualità e prestazioni. Gli allevatori devono anche sviluppare una strategia per la produzione e la distribuzione dei semi per garantire che gli agricoltori abbiano accesso alla nuova varietà.

Esempi di storie di successo della selezione selettiva

La selezione selettiva è stata determinante per migliorare le colture e il bestiame in tutto il mondo. Ecco alcuni esempi:

• Grano: La selezione selettiva ha aumentato drasticamente la resa del grano nell'ultimo secolo. Le moderne varietà di grano sono più produttive, resistenti alle malattie e adattate a una gamma più ampia di ambienti rispetto ai loro predecessori. La Rivoluzione Verde, guidata da Norman Borlaug, si è basata pesantemente sulla selezione selettiva di varietà di grano ad alto rendimento per combattere la fame nei paesi in via di sviluppo.
• Riso: Simile al grano, la selezione selettiva ha aumentato significativamente la resa del riso, in particolare in Asia. Lo sviluppo di varietà di riso semidwarf, come l'IR8, è stata una svolta importante nella lotta contro l'insicurezza alimentare.
• Mais (Mais): La selezione selettiva ha trasformato il mais da una coltura relativamente improduttiva in una delle colture più importanti al mondo. Le moderne varietà di mais sono molto più produttive, resistenti alle malattie e tolleranti allo stress rispetto ai loro antenati. Il mais ibrido, che viene prodotto incrociando due diverse linee consanguinee, presenta alti livelli di vigore ibrido.
• Pomodori: La selezione selettiva ha prodotto un'ampia gamma di varietà di pomodori con forme, dimensioni, colori e sapori diversi. Gli allevatori hanno anche sviluppato varietà di pomodori resistenti alle malattie e ai parassiti comuni.
• Bestiame: La selezione selettiva è stata utilizzata per migliorare la produttività e la qualità del bestiame per secoli. Ad esempio, gli allevatori hanno selezionato mucche che producono più latte, polli che depongono più uova e maiali che crescono più velocemente e magri.

Questi sono solo alcuni esempi delle numerose storie di successo della selezione selettiva. La selezione selettiva ha svolto un ruolo cruciale nel migliorare la sicurezza alimentare, la nutrizione e i mezzi di sussistenza in tutto il mondo.

Vantaggi e svantaggi della selezione selettiva

La selezione selettiva offre diversi vantaggi:

• Relativamente semplice ed economica: La selezione selettiva è una tecnica relativamente semplice ed economica che può essere utilizzata da allevatori con risorse limitate.
• Agisce all'interno della variazione naturale: La selezione selettiva agisce all'interno della variazione genetica naturale già presente all'interno di una specie. Ciò evita la necessità di introdurre geni estranei da altre specie.
• Può migliorare più tratti contemporaneamente: La selezione selettiva può essere utilizzata per migliorare più tratti contemporaneamente.
• Porta a varietà stabili: La selezione selettiva può portare allo sviluppo di varietà stabili che mantengono i loro tratti desiderati per molte generazioni.

Tuttavia, la selezione selettiva presenta anche alcuni svantaggi:

• Processo lento: La selezione selettiva può essere un processo lento, che richiede molte generazioni per ottenere miglioramenti significativi.
• Limitata dalla variazione disponibile: La selezione selettiva è limitata dalla quantità di variazione genetica disponibile all'interno di una specie. Se un tratto desiderato non è presente nella popolazione, non può essere introdotto solo attraverso la selezione selettiva.
• Può portare alla depressione da endogamia: L'endogamia, che viene spesso utilizzata per stabilizzare le varietà, può portare alla depressione da endogamia, che può ridurre il vigore e la fertilità.
• Può selezionare involontariamente tratti indesiderabili: La selezione selettiva può selezionare involontariamente tratti indesiderabili che sono legati ai tratti desiderati.

Tecniche moderne che completano la selezione selettiva

Sebbene la selezione selettiva tradizionale rimanga fondamentale, le tecnologie moderne ne migliorano l'efficienza e la precisione:

Selezione assistita da marcatori (MAS)

La MAS utilizza marcatori del DNA legati ai geni desiderati per identificare le piante che possiedono quei geni nelle prime fasi dello sviluppo. Questo accelera il processo di selezione, in particolare per i tratti difficili o costosi da misurare direttamente (ad esempio, la resistenza alle malattie).

Genomica e bioinformatica

I progressi nella genomica consentono agli allevatori di analizzare l'intero genoma delle piante, identificando i geni che controllano i tratti importanti. Gli strumenti di bioinformatica vengono utilizzati per gestire e analizzare le grandi quantità di dati generate dagli studi genomici.

Fenotipizzazione ad alta produttività

La fenotipizzazione ad alta produttività utilizza sistemi automatizzati e sensori per misurare rapidamente i tratti delle piante su larga scala. Ciò consente agli allevatori di valutare più piante in modo più accurato, migliorando l'efficienza della selezione.

Aploidi raddoppiati

La tecnologia degli aploidi raddoppiati accelera il processo di allevamento creando piante completamente omozigoti in una singola generazione. Questo elimina la necessità di più generazioni di autoimpollinazione per ottenere la stabilità.

Genome Editing

Tecniche come CRISPR-Cas9 consentono agli allevatori di modificare con precisione i geni nelle piante, introducendo tratti desiderati o rimuovendo quelli indesiderati. Sebbene non sia la selezione selettiva stessa, il genome editing può integrare la selezione selettiva creando una nuova variazione o correggendo i difetti.

Il futuro della selezione vegetale

La selezione vegetale deve affrontare numerose sfide nel 21° secolo, tra cui:

• Cambiamento climatico: Sviluppo di varietà adattate ai cambiamenti climatici, tra cui aumento della siccità, del calore e delle inondazioni.
• Malattie ed agenti patogeni emergenti: Sviluppo di varietà resistenti a nuove e in evoluzione malattie ed agenti patogeni.
• Crescente domanda di cibo: Aumento delle rese delle colture per soddisfare la crescente domanda di cibo da una popolazione globale in crescita.
• Agricoltura sostenibile: Sviluppo di varietà più sostenibili, che richiedono meno acqua, fertilizzanti e pesticidi.
• Sicurezza nutrizionale: Miglioramento del contenuto nutrizionale delle colture per affrontare la malnutrizione e le carenze di micronutrienti. La biofortificazione, il processo di aumento del contenuto di nutrienti delle colture attraverso l'allevamento o l'ingegneria genetica, è un'importante strategia per migliorare la sicurezza nutrizionale.

Per affrontare queste sfide, la selezione vegetale dovrà continuare a innovare e ad adottare nuove tecnologie. Ciò include l'utilizzo di tecniche avanzate come la genomica, l'editing genetico e la fenotipizzazione ad alta produttività. Richiede inoltre la promozione della collaborazione tra allevatori, ricercatori e agricoltori per garantire che le nuove varietà siano ben adattate alle condizioni locali e soddisfino le esigenze degli agricoltori.

Considerazioni etiche

La selezione vegetale solleva anche diverse considerazioni etiche:

• Accesso ai semi: Garantire che gli agricoltori abbiano accesso a semi convenienti e di alta qualità. Le aziende sementiere spesso brevettano nuove varietà, il che può limitare l'accesso e aumentare il costo dei semi.
• Diversità genetica: Conservare la diversità genetica delle colture. L'adozione diffusa di poche varietà ad alto rendimento può portare alla perdita di diversità genetica, rendendo le colture più vulnerabili a malattie e parassiti.
• Impatto sui piccoli agricoltori: Garantire che le nuove varietà vadano a beneficio dei piccoli agricoltori nei paesi in via di sviluppo. Alcune nuove varietà possono richiedere input costosi o pratiche di gestione che non sono accessibili ai piccoli agricoltori.
• Trasparenza e partecipazione pubblica: Coinvolgere il pubblico in discussioni sulla selezione vegetale e garantire che il processo sia trasparente e responsabile.

Affrontare queste considerazioni etiche è essenziale per garantire che la selezione vegetale contribuisca a un sistema alimentare più sostenibile ed equo.

Conclusione

La selezione selettiva è uno strumento potente per migliorare le piante e ha svolto un ruolo fondamentale nell'aumentare la produzione alimentare e migliorare il benessere umano. Comprendendo i principi e le tecniche della selezione selettiva, gli allevatori possono sviluppare varietà migliorate che sono più produttive, resistenti alle malattie e adattabili ai cambiamenti ambientali. Mentre affrontiamo nuove sfide come il cambiamento climatico e una popolazione mondiale in crescita, la selezione vegetale continuerà ad essere essenziale per garantire la sicurezza alimentare e un futuro sostenibile. L'integrazione delle tecnologie moderne, combinata con un impegno per pratiche etiche e sostenibili, sarà fondamentale per massimizzare i benefici della selezione vegetale per tutti.