Una tecnica orticola secolare, l’innesto, sta guadagnando rinnovata attenzione come metodo potenzialmente rivoluzionario per l’editing genetico di un’ampia gamma di piante, in particolare quelle che si sono rivelate difficili o impossibili da modificare utilizzando approcci convenzionali. Questa strategia innovativa potrebbe aumentare in modo significativo la produttività agricola e il valore nutrizionale, riducendo al contempo l’impatto ambientale dell’agricoltura e affrontando l’aumento dei prezzi alimentari.
La sfida delle piante per l’editing genetico
La capacità di alterare con precisione la genetica delle piante attraverso tecnologie di editing genetico come CRISPR offre un potente strumento per migliorare la resa e la resilienza delle colture. Tuttavia, la modifica degli impianti può essere tecnicamente impegnativa. A differenza delle cellule animali, le cellule vegetali possiedono pareti cellulari rigide, che rendono difficile l’introduzione di materiale genetico. Le attuali tecniche di ingegneria genetica, come la cottura di pellet rivestiti di DNA (biolistica) o l’utilizzo del batterio Agrobacterium, spesso richiedono la rigenerazione di intere piante da cellule modificate. Questo processo è inefficace per molte specie importanti, tra cui cacao, caffè, girasoli, manioca e avocado.
Ostacoli normativi e approcci alternativi
Anche quando l’editing genetico funziona, c’è un altro problema in gioco: la regolamentazione. In alcuni paesi, le minuscole mutazioni naturali indotte dall’editing genetico vengono trattate come la selezione vegetale standard, evitando lunghe e costose sperimentazioni normative. Tuttavia, metodi come la biolistica e l’Agrobacterium spesso introducono DNA extra nel genoma della pianta, innescando un processo di revisione normativa completo e più rigoroso. Gli scienziati sono attivamente alla ricerca di strategie alternative che eludano questo problema, consentendo modifiche genetiche senza l’introduzione di DNA estraneo.
Una strada è l’utilizzo di virus per fornire la codifica RNA per i componenti CRISPR. Tuttavia, la proteina Cas9, un elemento chiave nel toolkit CRISPR, è relativamente grande, limitando le sequenze di RNA che possono essere efficacemente trasportate dalla maggior parte dei virus.
Innesto e RNA: una nuova combinazione
Nel 2023, i ricercatori dell’Istituto Max Planck di fisiologia vegetale molecolare hanno svelato un nuovo approccio promettente. Riconoscendo che le piante producono un tipo speciale di RNA nelle loro radici che può viaggiare attraverso la pianta ed entrare nelle cellule dei germogli e delle foglie, hanno ingegnerizzato geneticamente le piante per produrre tali RNA. Questi RNA codificano per due componenti critici CRISPR: la proteina Cas che esegue l’editing e l’RNA guida che la dirige nella posizione target. Hanno poi innestato germogli di piante non modificate sulle radici di queste piante modificate, ottenendo con successo l’editing genetico in alcuni germogli e semi.
Possibilità di espansione con l’innesto
Ugo Rogo dell’Università di Pisa, in Italia, e i suoi colleghi ritengono che questa tecnica abbia un potenziale immenso e hanno pubblicato un articolo che incoraggia un ulteriore sviluppo. “L’innesto ci dà la possibilità di utilizzare il sistema CRISPR sugli alberi o su piante come i girasoli”, spiega Rogo.
Il vantaggio dell’innesto risiede nella sua capacità di collegare piante imparentate relativamente distanti. Ad esempio, i germogli di pomodoro possono essere innestati con successo su portinnesti di patate. Ciò significa che anche se è impossibile ingegnerizzare geneticamente un portainnesto di girasole direttamente per l’editing genetico, gli scienziati potrebbero potenzialmente ingegnerizzare una specie affine per creare un portainnesto compatibile.
Un portainnesto universale per l’editing genetico
Una volta stabilito un portainnesto adatto in grado di produrre gli RNA CRISPR necessari, può essere utilizzato per modificare geneticamente un ampio spettro di piante. “È possibile utilizzare le radici per fornire Cas9 e guide di modifica a tutti i tipi di varietà d’élite”, osserva Julian Hibberd dell’Università di Cambridge.
Ralph Bock, sempre del Max Planck Institute, sottolinea l’efficacia di questo metodo: “Produrre il portinnesto transgenico non è un grande sforzo, dato che deve essere realizzato una sola volta e poi può essere utilizzato per sempre e per più specie.”
Per fare un esempio concreto, solo pochi vitigni, come lo Chardonnay, possono rigenerarsi da singole cellule e sono suscettibili di modificazione genetica. Tuttavia, una volta creato un portainnesto di Chardonnay resistente alle malattie attraverso l’editing genetico, potrebbe essere utilizzato per tutti i vitigni.
Combinare approcci per una maggiore flessibilità
Rogo immagina un futuro in cui l’innesto è combinato con la consegna virale, massimizzando la flessibilità. I portainnesti potrebbero fornire le grandi sequenze di mRNA necessarie per Cas9, mentre i virus potrebbero fornire gli RNA guida più piccoli. Questa strategia integrata consentirebbe di utilizzare lo stesso portainnesto per una vasta gamma di modifiche genetiche, fornendo uno strumento incredibilmente versatile per il miglioramento delle piante.
L’innovativa tecnica di innesto offre una soluzione pratica e scalabile per espandere le possibilità di modifica genetica, promettendo una nuova era di progressi agricoli e una maggiore sicurezza alimentare per un mondo in crescita.
