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Poliploidia come meccanismo di resistenza

La poliploidia è un fenomeno biologico comune e svolge un ruolo importante nella storia evolutiva delle piante. Quasi tutte le angiosperme hanno subito almeno un giro di duplicazione dell'intero genoma, nel corso della loro evoluzione. Gli organismi poliploidi sono classificati in autopoliploidi e allopoliploidi. Nel primo caso tutti i corredi presenti provengono dalla stessa specie, nel secondo da specie diverse (anche non affini). Molte colture, tra cui il frumento (alloesaploide), il cotone (allotetraploide), la colza (allotetraploide), la patata dolce (autotetraploide), il riso e il mais (paleopoliploidi) sono poliploidi. Inoltre, varie cultivar poliploidi sono presenti nelle piante da frutto, come la banana (triploide), l'uva (tetraploide), il kiwi e il cachi (esaploidi), la fragola (ottaploide).
Le variazioni fenotipiche causate dalla poliploidizzazione possono potenzialmente migliorare la produttività agricola e l'efficienza, soprattutto per quanto riguarda l'aumento della biomassa e la tolleranza agli stress.

Poliploidia e miglioramento.
La poliploidia ha una notevole influenza sulla morfologia e sulla fisiologia delle specie vegetali. Rispetto ai diploidi corrispondenti, gli autopoliploidi tendono ad avere cellule più grandi, che provocano l'allargamento di organi singoli, come le foglie, i fiori e i semi. Tratti fisiologici come l'altezza delle piante, il tasso di crescita, il tempo di fioritura e la fertilità possono essere alterati dalla poliploidizzazione.
Un numero limitato di studi sono stati condotti solo su metaboliti specifici hanno indagato i cambiamenti metabolici causati dall'autopoliploidia. La produzione di alcaloidi è stata migliorata con autotetraploidia artificiale in Hyoscyamus niger. È stato osservato che gli oli essenziali si accumulano in misura maggiore in piante autotetraploidi (Cymbopogon).
Gli studi sulla autopoliploidizzazione volti a identificare le alterazioni del pattern di espressione del genoma sono inferiori a  quelli sull'allopoliploidizzazione. Questo, probabilmente, perché è stata a lungo vista meno frequentemente e quindi considerata meno importante.

Una ricerca sul Citrus
. Il genere Citrus è uno dei più importanti al mondo, dal punto di vista agricolo e alimentare. Tuttavia, la produzione di agrumi è influenzata da molti stress ambientali, tra cui la siccità, la salinità e la temperatura estrema. Il miglioramento dei Citrus tramite innesto è necessario per far fronte a questi stress abiotici. Lo Ziyang Xiangcheng è un portinnesto di agrumi originario della Cina sud-occidentale. È ritenuto un ibrido putativo di Citrus × Ichangensis e Citrus reticulata. Grazie alla sua eccellente performance contro gli stress biotici e abiotici, è stato ampiamente utilizzato come portinnesto degli agrumi in Cina. I portinnesti degli agrumi sono propagati attraverso i semi apomittici geneticamente identici alla pianta madre. La tetraploidizzazione è frequente nei genotipi di agrumi apomittici. Recenti studi dimostrano che il raddoppio del genoma è spesso considerato in grado di conferire alle piante una migliore adattabilità ai vari stress ambientali. Pertanto, i ricercatori di uno studio cinese, hanno ipotizzato che i portinnesti che presentano un corredo genomico tetraploide dovrebbero evidenziare performance di tolleranza allo stress migliori rispetto ai portinnesti diploidi.

I risultati.
Un primo risultato è stato l'osservazione di un fenotipo metabolico distinto dei tetraploidi rispetto ai diploidi. Molti stress relativi a metaboliti come il saccarosio, la prolina e GABA sono stati controllati meglio nei diploidi raddoppiati. Tuttavia, meno dell'1% dei geni è stato espresso in modo differenziale tra il diploide raddoppiato e il suo genitore diploide. È interessante notare che questi geni differentemente espressi erano tutti molto legati alla risposta agli stress.
Questi risultati suggeriscono che la tetraploidizzazione ha effetti su più livelli. I tratti morfologici e anatomici, come lo spessore della foglia, il numero e la densità di stomi sono stati modificati a seguito della tetraploidizzazione. Solita situazione si osserva nel cambiamento del fenotipo metabolico. Tutti questi fattori sono legati alla risposta della pianta alle situazioni di stress. Questa ricerca pubblicata nel marzo 2015 apre la strada a nuovi studi per l'indagine dei meccanismi di resistenza nelle specie vegetali nel settore agricolo.
 

Interessanti prospettive per il miglioramento genetico delle varietà coltivate

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