La produzione di sementi ibride

22 Ott 2013
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alberto_guidorzidI Alberto Guidorzi
Premessa

In natura esistono piante che si autofecondano, cioè il polline dello stesso fiore feconda il corrispondente ovario (es. cereali a paglia) e piante che tramite vari meccanismi impediscono che questo avvenga, cioè favoriscono che sia il polline di un altro fiore che fecondi quell’ovario. Le prime si chiamano piante autogame, mentre le seconde si chiamano piante allogame. Già a questo punto potrebbe sorgere la domanda scaturita dall’esperienza del perché ci sono piante autogame. Infatti, ben si sa che la consanguineità, e l’autogamia aumenta inevitabilmente la consanguineità, comporta l’apparizione di caratteri negativi ed in certi casi letali che creano individui deboli, più suscettibili nei confronti di agenti negativi esterni e addirittura sterilità, cosa che non capita se un gene letale recessivo si trova allo stato eterozigote. La risposta sta nel fatto che le piante autogame che noi coltiviamo (riso, sorgo, tabacco, frumento, orzo, pomodoro ecc.) tramite la selezione naturale hanno eliminato tutti i geni che sottendono all’apparizione dei difetti. Pertanto in queste piante non si osservano le derive riscontrabili a causa di consanguineità sempre più strette.
Nelle piante allogame, se le autofecondiamo, invece, man mano si formano piante meno vigorose e con scarsa fertilità e il fenomeno è facilmente verificabile, Autofecondazione porta verso una maggiore consanguineità, o meglio per dirla in termini genetici, si raggiunge un grado di omozigosi maggiore, vale a dire che gli alleli, cioè le due forme di un gene, sono uguali. Avere due soggetti ad elevata omozigosi che poi s’incrociano tra loro, danno origine ad individui, detti ibridi, cioè a maggiore eterozigosi; il che genera il fenomeno dell’eterosi. Per i meno addentro alla genetica cercheremo di spiegare ciò prendendo in considerazione un solo gene che si trova nella pianta in forma eterozigote “Aa” (”A” maiuscolo è il gene in forma dominante e “a” minuscolo è l’allele recessivo) vale a dire che nella pianta Aa compare solo il carattere A (es. colore rosso del fiore) e non il carattere “a” (es. colore bianco che, invece, viene coperto). La pianta quando fiorisce produrrà polline che sarà 50% “A” e 50% “a” e la stessa cosa varrà per gli ovuli del fiore. Pertanto se io autofecondo: il polline “A” può incontrare o un ovulo “A” (e si forma un individuo omozigote AA) o un ovulo “a” (e si forma un individuo eterozigote Aa). In prima generazione dunque si formerà un 50% di individui omozigoti ed un 50% di individui eterozigoti. Ma l’aspetto che caratterizza tutti i fiori degli individui che si generano, per il fenomeno della dominanza del rosso sul bianco, saranno tutti rossi. Se si continua l’autofecondazione dei soli tipi eterozigoti la percentuale di omozigosi nella popolazione di piante aumenta anche sugli altri geni. Non solo, ma si deve immaginare che tutti i geni allo stato eterozigote di quella pianta mediante l’autofecondazioni ripetute subiscano la stessa sorte.

Cos’è l’eterosi o vigore ibrido?

Possiamo dire che è un fenomeno biologico complesso che fa intervenire molti geni con effetti genetici vari, ma che ormai non ha più nulla di misterioso. I due meccanismi genetici che la spiegano possono interessare lo stesso locus (il locus è il luogo sul cromosoma dove si trovano i diversi alleli di un gene) ed allora assistiamo a fenomeni di dominanza di un allele rispetto ad un altro, di epistasia (interazione tra geni non omologhi) di falsa super dominanza. Quando invece interessano locus diversi allora siamo in presenza di superdominanza vera. Comunque sia, lo sfruttamento dell’eterosi mediante l’incrocio di due soggetti a prevalenza omozigotica, comporta vantaggi sia a livello di maggior vigore generale che di stabilità di comportamento. Ciò è spiegabile dal fatto che con l’incrocio si ottiene un individuo che ha maggiormente riunito i geni favorevoli per vari processi fisiologici (respirazione, fotosintesi, assorbimento ecc.) che prima erano sparsi nei due genitori e che ora nell’individuo figlio determinano un miglior funzionamento della pianta. Nell’ibrido poi si verifica un altro fenomeno che è “l’omeostasi” e che è un altro aspetto dell’eterosi, infatti, rispetto alle linee parentali gli ibridi presentano una grande stabilità di comportamento: sia rispetto all’ambiente che quando questo di discosta dalla condizione favorevole.
La creazione di ibridi è stato, infatti, perseguito il tutte le specie animali e vegetali allevate o coltivate, appunto per far proseguire il miglioramento genetico animale e vegetale per gli scopi prefissati.

Qual è lo scopo del miglioramento vegetale?

Potremmo dire che il miglioramento genetico delle piante non è altro che una modifica ragionata di certe caratteristiche delle piante coltivate affinché esse possano rispondere di bene in meglio ai bisogni dell’uomo. Ha avuto una fase incosciente che è partita con l’addomesticamento delle piante e questa fase pressoché incosciente è giunta fino alla fine del XIX sec. quando si è, invece, trasformata in un’attività sotto controllo e orientata a dei fini ben precisi, avvalendosi appunto delle conoscenze scientifiche che man mano si sono acquisite. Per 8000 anni nessuno ha avuto nulla da dire, tanto meno quando il miglioramento è diventato un’attività scientifica, anzi i genetisti si consideravano dei benefattori dell’umanità, eppure hanno sempre proceduto a modificare il corredo genetico delle piante che si miglioravano. Solo ora che è stato introdotto un semplice ulteriore strumento d’uso, che è la transgenesi e che modifica in modo mirato, controllato e verificato un solo gene per volta, si grida allo scandalo, inoltre, la maggioranza delle persone è stata spaventata e assistiamo a sollevazioni popolari. Bella modernità!!!
Continuando, possiamo dire che lo scopo attuale del miglioramento vegetale è la creazione di “varietà”, cioè di una popolazione artificiale, a base genetica più o meno stretta o addirittura ridotta ad un solo genotipo, con caratteristiche agronomiche definite e riproducibile. L’omogeneità di tutte le piante è elemento essenziale e caratterizzante. Essa la si raggiunge con la diminuzione del numero di genotipi, al limite anche uno solo (cioè quello migliore) e non dimentichiamo che senza questa omogeneità varietale non avremmo avuto l’intensificazione colturale, la meccanizzazione e la standardizzazione del prodotto coltivato per rispondere alle esigenze della fase mercantile instauratasi in sostituzione dell’autoconsumo dei prodotti agricoli che lasciava qualcuno con il piatto vuoto. L’aver ristretto la base genetica per alcuni è scandaloso perché si dice che si è persa la rusticità, mentre, se si riflette, è un modo per permettere di conservare una rusticità aumentata ma riferita però ad ambienti più ristretti, e nello stesso tempo avendo a disposizione un genotipo varietale molto più performante. Laddove questa varietà non si adatterà all’ambiente se ne creerà un’altra ad hoc e che meglio si adatterà. Occorre capire che creare una varietà ad adattamento ubiquitario, che è d’uso chiamare “rustica”, cambiando clima e terreno, è praticamente un tentativo votato all’insuccesso perché per raggiungere l’obiettivo si sarebbe obbligati a dimenticare i fattori di produzione e quindi la sua valenza economica. Un miscuglio di genotipi sarà più stabile nel comportamento rispetto all’ambiente in senso lato, ma non darà mai delle performances massimali, come invece fanno le varietà moderne. Circa poi la “riproducibilità” essa è da intendere nel senso che l’agricoltore deve poter trovare sul mercato sempre quella particolare varietà e con conservate immutate le caratteristiche per cui l’ha scelta. Quindi riproducibilità non è mai da intendersi come la possibilità per l’agricoltore, una volta comprata una varietà, di riprodurre all’identico il seme da usare negli anni successivi prelevandolo dalla sua produzione, e quindi esimersi dal comprarlo. Anzi questo si cerca di impedirlo perché ne andrebbe del ritorno economico che il costitutore varietale deve ricevere per il suo lavoro di originale creazione passata e futura, anzi in questo caso il progresso che va ad esclusivo vantaggio della produzione e del reddito dell’agricoltore si arresterebbe per interruzione della ricerca.
Diversificazione varietale in funzione della specie

Le varietà vegetali sono prodotte sotto forma di sementi quando si sfrutta la via sessuale, sotto forma di cloni quando si sfrutta la riproduzione vegetativa. Per via sessuale si conoscono quattro tipi di varietà:

• Varietà linee fissate
• Varietà popolazioni
• Varietà sintetiche
• Varietà ibride

Per via vegetativa solo un tipo:
• le varietà cloni.

Varietà cloni

Dato che la via di produzione è vegetativa siamo nel caso in cui la varietà è formata da un solo genotipo come nel caso della patata. Esistono anche le varietà apomittiche che rientrano in questa categoria e sono quelle che riproducono sotto forma di seme solo il genotipo materno non abbisognante della fecondazione per originare il seme (es, certe graminacee foraggere tropicali come il Panicum maximum). Ora, però, la tecnica dell’in-vitro, ormai ben posseduta, ha moltiplicato la possibilità di ottenere varietà cloni (pratica molto applicata in floricoltura). Hanno il vantaggio di essere riproducibili all’identico dal produttore finale, anche se la sanità della pianta può man mano degradare per infezioni successive. Inoltre un solo genotipo è più esposto alla perdita di resistenze inizialmente conferite.

• Varietà linee fissate

La definizione di “linea” è la seguente: è un insieme di individui omozigoti in tutti i locus, tutti identici tra loro e che dunque per autofecondazione si riproducono in modo identico a se stessi. In teoria, dunque, dovrebbero essere formate da un solo genotipo omozigote che quindi per autofecondazione da discendenze tutte omozigoti identiche tra di loro ed alla generazione precedente. L’esempio più classico di queste varietà sono quelle dei cereali autogami (frumento) e delle piante semiautogame. Le varietà sono omogenee e danno le massime performances relativamente ad un ambiente dato. Teoricamente sono riproducibili dal coltivatore. Tuttavia in queste specie vi è un certo grado di allogamia, pari ad un 3-4 % che nel tempo fa degenerare la varietà.

• Varietà popolazioni

Si formano per moltiplicazione in massa e selezione ad ogni ciclo produttivo di una popolazione naturale o artificiale. Si facevano nelle specie autogame, ma ora sono limitate alle varietà allogame. Si tratta del caso delle vecchie varietà foraggere e delle vecchie varietà di bietola da zucchero

• Varietà sintetiche

Con questo sistema si è cercato di ovviare ai difetti delle varietà popolazioni: si parte da una serie di incroci la cui produzione poi viene mescolata. Dato che si parte da pochi incroci (nel senso che si scelgono le limitate migliori popolazioni per fare il lavoro) quindi la base genetica è ristretta. E’ una tecnica che potrebbe andar bene ad esempio per il mais in Africa, dove si coltivano popolazioni locali, si tratterebbe di selezionare un esiguo numero di popolazioni locali, le più produttive e di farle incrociare liberamente assieme e distribuire il seme ai contadini; questi possono seminare per 3 o 4 anni il loro seme prodotto ogni anno senza subire i danni della degenerazione delle qualità produttive. Sarebbe ciò che avrebbero dovuto fare le ONG anti-OGM in Africa per poter migliorare la produzione di cibo di quelle popolazioni senza dover ricorrere alle varietà delle multinazionali tanto vituperate. Invece si grida allo scandalo, ma non si fa nulla per contribuire a risolvere il problema della disponibilità di cibo nei paesi poveri.

• Varietà ibride

Esse risultano da un incrocio controllato di due costituenti (genitori) che possono avere varia natura: dei cloni come nel caso dell’asparago, delle linee come in certe piante allogame annuali (mais e girasole) o delle famiglie più o meno complesse (dette popolazioni) come nella bietola degli anni 1970-80.
La base più stretta possibile per un ibrido è rappresentata dall’incrocio di due linee omozigoti e che quindi in pratica generano un solo genotipo; in questo caso si parla di “ibrido semplice” o ibridi F1. Se si incrocia un ibrido semplice con una linea si ottiene un “ibrido a tre vie” , mentre se i due individui che s’incrociano sono essi stessi due ibridi allora abbiamo un “ibrido doppio”.
Perché l’agricoltore non ha interesse ad acquistare la produzione del suo ibrido che ha acquistato? Quando acquista il seme ibrido, un agricoltore riceve una semente i cui semi hanno il massimo di eterozigosi e che quindi sviluppano il massimo di eterosi per quella combinazione di genitori, se, però, egli risemina il suo prodotto molti geni sono ritornati allo stato omozigote e se continua a seminare il suo prodotto il danno aumenta. Nel caso di un ibrido semplice in cui le piante sono tutte identiche fra di loro, la risemina si risolve in una autofecondazione, cioè si ottiene una F2. Ammettendo,però, che non vi sia flusso di polline estraneo, il 100% di eterozigosi iniziale si trasforma nel 50% solo, l’altro 50% sarà omozigote. Ciò normalmente comporta la perdita di un 20/30% di produzione che rimane tale anche nelle successive generazioni. Nell’ibrido doppio la maggiore consanguineità che si riscontra nella risemina è minore in quanto si incrociano piante sorelle cioè identiche solo al 50%. Pertanto la diminuzione di produzione, riutilizzando come seme la produzione ottenuta, sarà minore, intorno ad un 10/15%. Nell’ibrido a tre vie la perdita sarà intermedia tra le due sopraccitate. Ecco da dove deriva l’obbligo da parte dell’agricoltore di rifornirsi di semente ibrida ogni anno, ma se si riflette non è un obbligo imposto da qualcuno in carne ed ossa, ma dalla organizzazione che si è data in natura la pianta. Pertanto il gridare allo scandalo e nell’incolpare i sementieri di prevaricazione è frutto di malafede o nel migliore dei casi di ignoranza totale dei meccanismi biologici.
Se sono così evidenti i vantaggi perché sul mercato non troviamo solo varietà ibride di tutte le specie coltivate? Prima di rispondere alla domanda bisogna premettere che se abbiamo la possibilità di creare cloni, una volta creata una varietà valida questa sua validità non la si perde più se la moltiplichiamo per via vegetativa in quanto ad ogni generazione gli individui sono sempre identici (teoricamente) alla varietà iniziale. Oggi, al limite, le biotecnologie permetterebbero di produrre cloni in ogni specie o quasi, ma si impongono dei limiti economici. Lo si fa ad esempio sulle orchidee, ma il prezzo di vendita non è banale come un seme di mais. Dunque per disporre di sementi ibride da vendere occorre produrle in grandi quantità, ma a questo punto si pongono limiti di fattibilità tecnico-economica, in quanto: -1° occorre che il controllo dell’ibridazione sia facile e realizzabile economicamente, -2° che gli ibridi diano vantaggi genetici e agronomici tangibili, infatti, non tutte le specie mostrano gradi di eterosi in ugual misura e sfruttabile.
D’altronde, da quanto si è detto, un sementiere avrebbe tutto l’interesse a produrre solo sementi ibride di tutte le specie che seleziona in quanto trattasi di mezzo semplice e automatico di premunirsi per essere ripagato del suo lavoro e di finanziarsi per il futuro. Infatti il brevetto o il titolo di protezione della nuova varietà gli servirebbe solo a proteggersi verso suoi concorrenti che potrebbero ripetere lo stesso identico suo lavoro creativo a posteriori, mentre per proteggersi verso l’utilizzatore finale ha come alleato la perdita di produttività a cui va incontro l’agricoltore se risemina la sua produzione. A conferma basta guardare come il mais (nel quale imperano le sementi ibride) ha progredito produttivamente molto più del frumento che invece, entro certi limiti, potendo essere riutilizzata la produzione per le successive semine, non ripaga i sementieri in modo sufficiente per spingere la ricerca genetica e applicare le nuove metodologie sempre più costose. In conclusione tutte le piante allogame non si prestano per avere sementi ibride.
Ci si può chiedere: perché il mais è stato il primo a godere delle sementi ibride? La risposta è riscontrabile con quanto detto sopra, infatti, il mais si presta bene al controllo dell’ibridazione, basta tagliare prima della emissione del polline le cime delle piante del mais, dove vi sono le spighe maschili, per essere sicuri che le spighe femminili producano semi ibridi in massimo grado, cioè con polline esogeno. Inoltre, con l’autofecondazione facilitata, la pianta di mais sviluppa in gran misura l’eterosi; detto anche lussureggiamento degli ibridi.

Problematiche affrontate nel tempo nella produzione delle sementi ibride

Nel mais la variabilità specifica è strutturabile in popolazioni tali che gli incroci evidenzino un grado di eterosi limitata, mentre l’incrocio tra i gruppi fa esaltare enormemente l’eterosi. Tali gruppi sono chiamati gruppi eterotici e sono costituiti da tante linee ottenute per autofecondazione, solo che inizialmente i forti effetti negativi della consanguineità diminuivano anche la fertilità soprattutto femminile, ma anche maschile, con conseguente scarsa produzione di sementi. E’ per questo che si scelsero gli ibridi a tre vie ed a quattro vie in quanto le piante madri erano degli ibridi e quindi abbastanza fertili e, per giunta con le quattro vie era ibrido alche l’impollinante e quindi aumentava la massa di polline. Ma per fare questi ibridi si aveva bisogno di linee eccessivamente numerose e il selezionarle era molto faticoso. Si optò allora per selezionare le linee in funzione del loro valore proprio e non solo per il loro valore in combinazione nell’incrocio. Ciò restrinse la base genetica, ma ebbe il vantaggio di non avere più l’inconveniente della scarsa fertilità. Il raggiungimento di questo obiettivo fece abbandonare gli ibridi a quattro vie per proseguire con quelli semplici o al massimo a tre vie. Infatti oggi le sementi ibride hanno tutte queste formule semplificate.
Come fare per selezionare i genitori degli ibridi? Il problema che si pone è quello di stabilire a priori, in funzione del valore dei genitori, il valore dell’ibrido che si otterrà. Sono state proposte varie soluzioni: la prima prevedeva di scegliere genitori tra quelli che erano rivelati migliori, ma non per tutti i parametri si dimostrò una buona strada ( es. non soddisfaceva il rendimento). Si passò allora a scegliere i genitori in funzione dell’attitudine generale alla combinazione. Strada solo recentemente abbandonata con l’avvento dei marcatori molecolari.
Evidentemente l’attitudine combinatoria non si poteva determinare facendo tutti gli incroci possibili e valutarli tutti. Il lavoro sarebbe stato improbo. Si pensò allora di procurarsi un tester che permettesse la valutazione. La scelta del tester evidentemente non è cosa semplice, ma è comunque importante perché ne dipende della produttività della selezione e dalla riuscita commerciale stessa. Il lavoro del genetista in questo contesto si avvale di schemi selettivi ormai codificati e funzionali agli scopi della selezione

Siamo arrivati finalmente a come si producono le sementi ibride in campo.

Siamo dunque in possesso dei vari genitori valutati e conosciuti che ci serviranno per creare gli ibridi, però ormai agiamo su estensioni non indifferenti per ottenere quantità di sementi ibride da soddisfare un mercato sempre più globalizzato. Tuttavia condizione sine qua non, dopo aver fatto così tanto lavoro per ottenere ottimi genitori, è che effettivamente ci sia una pianta maschio da noi prescelta che feconda, e delle piante femmine che ricevano quel polline e solo quel polline. Non possiamo permettere che del polline non sotto nostro controllo possa fecondare le piante che ci produrranno il seme che intendiamo vendere. Infatti se noi abbiamo due genitori “A” e “B” e li seminiamo mescolati in proporzione uguale e l’impollinazione è lasciata libera (in gergo si dice in panmissia) otterremo , in via teorica, un miscuglio di semi che apparterranno per un 50% alla categoria degli ibridi (AxB), ma l’altro 50% sarà frutto di autofecondazioni di tipo A che feconda A e B che feconda B. Nelle piante allogame però gioca la presenza di auto incompatibilità del polline verso l’ovario dello stesso fiore e quindi la categoria degli ibridi sarà più numerosa, fino ad arrivare anche al 90% nel caso delle graminacee foraggere. Questa categoria di sementi si chiamano “semi-ibride”. Ed è la categoria di sementi che si sono usate in molte specie a fiori ermafroditi (polline e ovuli presenti nello stesso fiore) prima che si scoprisse la maschiosterilità Tuttavia non esiste una pratica che valga per tutte le specie in quanto queste hanno biologie fiorali diverse. Ecco che allora vi sono metodologie diverse in funzione della specie, si va dall’utilizzazione della dioicia, alla monoicia con sessi separati sulla stessa pianta (mais), alla castrazione manuale o alla castrazione chimica, all’utilizzazione di alleli di auto incompatibilità, alla maschio sterilità genica ed a quella citoplasmatica. Senza addentrarci troppo, limiteremo la descrizione a due piante: il mais e la bietola da zucchero.

Nel caso del mais, ma ora anche in tutte le piante dotate di sterilità maschile, l’impianto di un campo per la produzione di sementi ibride ha questo schema. Si seminano due file di piante che fungeranno da maschi (A) a cui si accostano 6/8 file di piante che fungeranno da femmine (B) e su queste sole si raccoglierà il seme da commercializzare. Prima dell’antesi però si provvede alla castrazione di tutte le piante aventi la funzione di femmine portaseme (si tagliano, dunque, tutte le cime delle piante che portano i fiori maschili). E’ evidente che dopo questa operazione l’unico polline disponibile nel campo è quello del genitore A. E’ dunque un sistema che mi da il 100% di piante ibride volute dal costitutore, ed è per questo che i campi da seme si distanziano se sono con formule ibride diverse. Come ben si comprende, però, si trattava di un lavoro manuale non indifferente quello di dover tagliare tutte le cime delle piante femmine. Inoltre la castrazione manuale era impossibile da farsi sulle piante autogame, a maggior ragione se sono cleistogame (cioè se la fecondazione avviene ancora prima che il fiore si apra) o ermafrodite. Sulle prime (es. il frumento) si è tentata la castrazione chimica, nel senso che si irrorano le piante con particolari sostanze che rendono sterile il polline della pianta su cui si vuol raccogliere il seme ibrido. Tuttavia la pratica non si è dimostrata ad effetto totale e quindi il seme che si ottiene ha ancora un certo % di autofecondazione e di conseguenza gli ibridi non sono completi e ciò ne diminuisce l’effetto eterotico al punto tale che il 5-10% massimo che si ottiene in più come produzione, e non sempre, viene annullato dal costo della semente e dalle alee climatiche. Nelle piante ermafrodite si è andati avanti con delle sementi semi-ibride finché non è stata scoperta la maschiosterilità.

Meccanismi genetici provocanti la maschio sterilità e loro utilizzo nella produzione delle sementi ibride.

Vista la superiorità delle sementi ibride per l’utilizzatore finale e la protezione che esse offrono a chi le produce, per l’impossibilità di riprodursi il seme in azienda, la ricerca di soggetti maschio sterili ha avuto un grande impulso in tutte le specie. In totale sono state trovati 60 geni diversi di sterilità nel mais, 55 nei pomodori, 48 nell’orzo. Purtroppo nel 90% dei casi sono recessivi e quindi esercitano la loro azione allo stato omozigote. Esistono, però, anche casi di maschio sterilità dominante trovati nel frumento, fagiolo, lattuga, cotone ecc. L’estrinsecazione del carattere è varia: si va dall’assenza degli stami o solo presenza di abbozzi rudimentali, oppure gli stami si trasformano in petali (in floricoltura certi fiori doppi sono tali per degli stami petaloidi che si formano inconseguenza della maschiosterilità (begonia e garofano). Il caso più frequente è che gli stami, seppur cresciuti normalmente, siano vuoti di polline o abbiano pollini anormali incapaci di germinare sugli stili o addirittura non essere deiscenti.

Quanto detto sopra prefigura una maschiosterilità genica che però segue le regole di genetica mendeliana e quindi in disgiunzione si formano sempre anche delle piante fertili che occorre eliminare, ma spesso le piante da eliminare si evidenziano alla fioritura e quindi diviene una corsa all’eliminazione se si vuole ottenere piante 100% ibride, ma, evidentemente non sempre è possibile.

Più facile da usare è invece la maschiosterilità citoplasmatica ad eredità materna. Si è verificato che questi soggetti maschiosterili se impollinati con una seria impollinanti diversi possono suddividere gi impollinanti in due categorie: impollinanti che danno discendenza 100% maschiosterile oppure altri che danno discendenza 100% fertile. Ossia, detto in altre parole, esistono impollinanti che “mantengono la maschiosterilità” nelle generazione successiva e impollinanti che non la mantengono, detti appunto “restauratori di fertilità”.
Si fa notare che tutte queste linee che entrano in gioco nella produzione delle sementi ibride debbono essere selezionate, cioè si deve apportare loro delle qualità agronomiche e di produttività tali che non sminuiscano le caratteristiche del prodotto d’incrocio. Quindi parallelamente al lavoro di preparazione del materiale adatto all’ibridazione occorre condurre una selezione per ogni singolo componente. Pertanto il lavoro di introduzione di un gene esogeno per la creazione di varietà OGM è poca cosa rispetto al lavoro preparatorio. In altre parole un materiale genetico scarso per il solo fatto di renderlo OGM non lo renderà mai buono, occorre applicare la transgenesi solo su materiali genetici di alta qualità, se si vuole riuscire a porre sul mercato delle sementi che gli agricoltori compreranno.

Ritornando all’uso della maschiosterilità per creare ibridi in modo meno faticoso e al 100% tali, nel caso che il prodotto che si ricava sia del seme, occorre disporre sia di linee mantenitrici di sterilità che di linee restauratrici di fertilità.

Infatti nel caso del mais si costituiscono linee che non possono che fare da femmina in quanto sono una combinazione di un fattore citoplasmatico di sterilità (che chiameremo citoplasma “S”) assieme con una particolare formula genica del nucleo delle cellule che mi darà il 100% di piante sterili. Queste linee, però, io le devo moltiplicare, però, senza perdere la maschiosterilità, ecco che allora le incrocio con una linea che ha citoplasma normale (citoplasma “N”, cioè producono polline) e formula genica uguale alla precedente su cui però non raccolglierò il seme perché darà piante normali, ma raccoglierò il seme solo sul piante con citoplasma “S” che avranno, invece, discendenza maschiosterile; queto tipo di linea è detta “mantenitore di sterilità”. Con questo seme seminerò le 6/8 file che mi produrranno il seme da vendere. Ma se non le impollino non otterrò produzione, inoltre la produzione dovrà dare piante maschiofertili, altrimenti l’agricoltore non ricaverà produzione. Ecco che allora le incrocerò con una linea che avrà citoplasma “N” e formula genica diversa, cioè che mi ripristina la fertilità, che è detta appunto “restauratore di fertilità”. Con il seme del restauratore di fertilità seminerò le due file che fungeranno da impollinante nel mio campo di produzione della semente.

La produzione di ibridi nel caso della bietola da zucchero è più complicato ancora, in quanto si vuol vendere un seme 100% ibrido, ma anche monogerme e triploide. Qui il passaggio sarà duplice: Una linea A maschiosterile, monogerme, diploide (18 cromosomi) che fungerà da portaseme, la incrocerò con una linea “B” mantenitore di sterilità, diploide, monogerme che produce polline (in gergo bieticolo si chiama tipo “O”). Da questo incrocio otterrò un ibrido “AB” che sarà diploide, monogerme, maschiosterile e fungerà da portaseme per un altro incrocio con una linea “C” tetraploide (36 cromosomi), plurigerme (tanto non ci raccolgo il seme) che produce polline. Il risultato finale, vale a dire il seme che venderò all’agricoltore sarà monogerme (cioè l’agricoltore potrà praticare la semina in posto senza più bisogno di diradamento) e triploide (più rustico) perché sarà l’unione di 18 cromosomi di “C” e 9 di “AB”, cioè 27 cromosomi. Nel caso della bietola al coltivatore interessa produrre delle radici e non si sogna di ricavarne seme perché sarebbe complicato (la pianta è biennale). Se tuttavia fosse ostinato a volerlo fare non lo potrebbe fare perché da un seme triploide non produce seme per impossibilità di formare un embrione.
In tante altre specie agrarie vendute sotto forma di seme ibrido, si sfruttano anche altri meccanismi biologici che permettono di raggiungere lo scopo.

13 commenti al post: “La produzione di sementi ibride”

  1. VitangeloNo Gravatar scrive:

    Che bella lezione! Grazie! Fa sentire giovani leggere certe cose; è come ritornare all’Università e risentire le lezioni di Gian Tommaso Scarascia Mugnozza, mio indimenticabile professore di Miglioramento genetico.
    Peccato che non la leggerà chi pontifica sull’agricoltura senza aver mai aperto un libro di botanica, agronomia e miglioramento genetico! Ma va in televisione a parlare di agricoltura o in parlamento a leggiferare sulla materia!!!

  2. OGM, bb!No Gravatar scrive:

    Vitangelo, sono d’accordo

  3. LaniceNo Gravatar scrive:

    Magnifico, grazie. Lo so, ti avevo già assillato in tema, ma una bella spiegazione nero su bianco è tutta un’altra cosa (e poi scripta manent).
    Quando ho cominciato a leggere hanno cominciato a venirmi in mente delle domande come al solito, ma ora della fine avevo letto risposta a quasi tutte. Ne restano tre.

    1) Hai scritto: “riso, sorgo, tabacco, frumento, orzo, pomodoro”. Il pomodoro mi mancava, ma sapevo che è a fecondazione autogama la soia e se non sbaglio anche la colza. Ci sono altre colture importanti a fecondazione autogama?

    2) Come si ottengono gli omozigoti con i quali creare gli F1? Voglio dire, se si manifesta un carattere recessivo, c’è omozigosi; si fa semplicemente una cernita, scartando gli individui che non manifestano il carattere desiderato, giusto? E se il carattere è dominante?

    3) Come si mantengono? Una volta ottenuti i due genitori adatti, come si mantengono negli anni le linee pure (omozigote) a mezzo delle quali ottenere gli F1? Serve averne sempre a disposizione, identiche, per creare identici semi con i sistemi da te descritti. Quindi ogni anno si devono avere e poter utilizzare nuovi semi, quindi produrli. Ci si limita a impedire la fecondazione eterologa?

    Voglio dire, è una faccenda laboriosa, quella che porta al seme ibrido commerciale, credo che la gente queste cose non le immagini.

    (spero di essere riuscita a spiegare cosa voglio sapere, non ne sono molto sicura, ancora un po’ e nemmeno io capisco il significato di quello che ho scritto :D )

  4. Enrico MarsiliNo Gravatar scrive:

    Bello, lo traduco e lo passo ai miei studenti. rinuncio a farlo leggere a quelli di SEL FVG, non ci sono abbastanza foto di Petrini e Shiva :)

  5. Alberto GuidorziNo Gravatar scrive:

    Lanice

    Il colza è parzialmente autogamo (ha un 30% di impollinazione incrociata, come pure il caffè (15% di fecondazione incrociata.IL fagiolo è autogamo, come pure la lattuga,il lino, pisello, triticale.

    Ma il caso più emblematico e che non avrebbe dovuto far gridare per nulla al flusso genico e alla coesistenza della specie OGM, almeno in Europa, è la patata, invece sono state inventate storie inverosimili. Il polline della pianta è molto pesante, i fiori non hanno nettare, inoltre nelle nostre condizioni europee il polline e fortemente maschiosterile, Esso non può incrociarsi con le solanacee presenti nel nostro continente. Diverso è il caso dei centri di origine.

  6. Alberto GuidorziNo Gravatar scrive:

    Alla tua seconda domanda rispondo con un esempio se tu hai un individuo Ab eterozigote e lo autofecondi si incontrano due tuoi di gameti uno che porta A e l’altro che porta b e quindi si dormano un 25% di tipi AA, un 25% di tipi bb ed un 50% di tipi Ab che se autofecondati danno un altro 25% di tipi omozigoti, che aggiunti ai precedenti danno un 75% se continui l’autofecondazione i tipi eterozigoti daranno il 12,5% di omozigoti che andranno ad aggiungersi al 75% e cos’ continuando aggiungi delle percntuali sempre dimezzate che vanno ad aggiungersi. Tutti i caratteri genetici allo stato eterozigoti presenti all’inizio seguitanno questa via, ma ti faccio notare che ogni autofecondazione è un anno che passa e non importa distinguerli, il grado di omozigosi aumenta autonomamente.

    Le linee omozigoti si conservano moltiplicandole in isolamento, inoltre occorrre valutare le capacità combinatorie, vale dire che se se tre linee A, B, C. devi andare a vedere quale delle combinazioni AB, AC, BC danno il miglior ibrido.

    Come vedi il lavoro è lungo e costoso e aleatorio, quindi l’agricoltore trae solo vantaggi da questo lavoro ed è una balla che si racconta a disinformati che l’agricoltore è schiavizzato per dover comprare il seme ogni anno. L’agricoltore lo compra perchè ne ricava vantaggi ed il costo del seme è sempre ripagato dal raccolto con effetto moltiplicativo. L’importante è che rimanga una pluralità di costitutori vegetali.
    Un ettaro di produzione di sementi ibride in media produce seme per 200 ettari.

    L’inserimento del tratto genetico modificato avviene quindi alla fine, cioè quando hai verificato tutto quello che ho detto.

  7. LaniceNo Gravatar scrive:

    Grazie Alberto, mi sono fatta un copia-incolla, me lo metterò in database.

  8. giovanniNo Gravatar scrive:

    Buongiorno Dottor Guidorzi.
    C’è una cosa, fondamentale, che non capisco: le partite di seme che si acquistano, mais o frumento che sia, contengono semi geneticamente identici? Se si, come è possibile visto che derivano da “genitori” diversi? La meiosi non rimescola tutto casualmente? Se non sono geneticamente identici, come posso essere sicuro che avranno una omogeneità fenologica?Immagino che la risposta sia contenuta nel suo articolo. Non me ne voglia per le mie scarse conoscenze di genetica.
    Cordiali saluti

  9. giovanniNo Gravatar scrive:

    Troppe domande stupide tutte insieme?

  10. Pippo SturialeNo Gravatar scrive:

    Anche quelli di SEL leggono, studiano, coltivano …
    I semmi ibridi vanno bene, ma si deve continuare a coltivare e riprodurre il seme normale. I corredi genetici di questi semi sono quelli che poi si possono utilizzare nelle ibridazioni!
    Se l’acquisto di un seme ibrido con la sua maggiore produzione e resistenza alle patologie non mi compensa del maggior costo però non mi conviene.
    Credo che occorra usare la testa e non fare una scelta a priori.
    Sugli OGM avrei molto da obiettare: costi, modificazione della vegetazione spontanea, maggior uso di diserbanti, quindi residui … ma quello che se deve valutare è il fatto che noi esseri umani ci siamo evoluti con i semi, ci siamo riprodotti di più quelli che ci siamo adattati nel lungo termine. Oggi le variazioni sono repentine e il nostro organismo ha poco tempo per adattarsi … meditate.
    Infine sarebbe opportuno che la ricerca in questo campo sia di organismi pubblici, non vi pare!?

  11. michele savorgnanoNo Gravatar scrive:

    Molto interessante, lo userò per una presentazione sulla conservazione dei semi che mi hanno chiesto di fare giovedì.
    Parlando da scienziati (non lo sono, sono solo un contadino) le cose cambiano a seconda del punto di osservazione, nulla è obiettivo (questo in fisica è ormai assodato).
    Dire a milioni di contadini indiani di non fare una selezione partecipata dei semi sarebbe demenziale (a patto che il nostro obiettivo non sia sterminare qualche centinaio di milioni di persone), pensare invece di coltivare delle verdure o dei cereali per un mercato standard, un destinatario/consumatore “metropolitano” che deve ricevere una merce che ha subito varie fasi di trasporto/refrigerazione/trasformazione può avere senso (che un prodotto del genere sia migliore dal punto di vista organolettico rispetto ad un prodotto non omogeneo è da vedere), credo che la libertà vada tutelata, sia quella delle ditte sementiere di fare ibridi (OGM no grazie) che anche quella dei contadini (preferisco non chiamarli imprenditori agricoli, se permettete) di selezionare, conservare e scambiare i propri semi in un rapporto di selezione partecipata (non credo che Salvatore Ceccarelli sia uno sprovveduto), la ringrazio di nuovo per l’ottima spiegazione.

  12. IgorNo Gravatar scrive:

    Salve a tutti.
    Se permettete vorrei fare una domanda al profesore . Se si seminano semi ibridi di mais(semi comprati regolarmente nel negozio)cresciute le piante e maturate quindi raccolti e conservati i loro semi per l`anno sucessivo . Poi questi semi riseminati ,cosa uscirebbe ? Le piante figlie sarebbero F2? o sarebbe un campo pieno di piante fra di loro tutte differenti?
    Il loro vigore sarebbe sempre come quello di un ibrido?Grazie

  13. FedericaNo Gravatar scrive:

    Interessante e utile. Potrebbe cortesemente ampliare il discorso maschiosterile-Mantainer e produzione di seme ibrido alla Cipolla?
    Ragionando mi sembra che sia molto simile a quanto esposto il Mantainer sarà ms/ms e fertile nel citoplasma; il maschiosterile ms/ms e sterile nel citoplasma. Sul portaseme raccolgo seme maschiosterile; dal mantainer il seme che ottengo deriva da autofecondazione quindi sarà ms/ms e fertile nel citoplasma (VERO?)
    1- MA PER LA PRODUZIONE DI IBRIDO IL GENITORE PATERNO COME DEVE ESSERE?
    2- Avendo una fonte donatrice della maschiosterilità come devo procedere per ottenere il maschiosterile e il mantainer? attraverso incroci ed autofecondazione e studiando la segregazione della popolazione che ottengo?

    grazie

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