le intuizioni di darwin applicate all’agricoltura
TRANSCRIPT
Prof. Adriano MaroccoUniversità Cattolica del Sacro Cuore
Convegno “Darwin, evoluzione e agricoltura”
Piacenza, 26 novembre 2009
Le intuizioni di Darwin applicate all’agricoltura
La variazione spontanea, i cambiamenti nel DNA,i caratteri utili
Evoluzione delle sequenze del DNA
John Herschel1792-1871
Charles Darwin1809-1882
1859 1866MendelDarwin
Leggiereditarietà
1900DeVries, Correns, Tschermak
Riscopertaleggi diMendel
On the Origin
of Species
1859 19001866Mendel DeVries,
Correns, Tschermak
Darwin1953
Watson,Crick
Struttura delDNA
Leggiereditarietà
Riscopertaleggi diMendel
On the Origin
of Species
Il 25 Aprile 1953 James Watson e Francis Crick rivelarono la struttura della molecola del DNA in cui è scritto il progetto genetico
degli organismi
1859 195319001866
Sequenzagenoma umano
2003Watson,Crick
Mendel DeVries, Correns, Tschermak
Darwin
Struttura delDNA
Leggiereditarietà
Riscopertaleggi diMendel
On the Origin
of Species
Specie N° cromosomi
(n)
Dimensione genoma
(Mbp)
Riso 12 400
Mais 10 2.800
Frumento 21 16.500
Shrunken10-6
Soppressore del colore I
10-4
Mo17
B73
Brunner et al., 2005 Plant Cell 17: 343; Morgante et al., 2005 Nat. Genet. 37: 997
Locus 9008 Cromosoma 2SBin2.04 Markers umc1326 - umc1448
33356869C P H A K L I G P T K P P L Y R S V T W N E Y L G T K A K H F N K A L 348S i V P U V S U V E S ~ l O ~ l K349 ~ H ~ S S V R L C T P I N G L F O V N D S N K N S V O V G 374 Pea3Bh
Alto basso
Lester et al., 1997 Plant Cell 9
La rivoluzione verde di Norman Borlaug:le varietà
di frumento e
riso a bassa taglia ed elevato indice di raccolto
Hidden 2003. Trends Genet. 19: 5; Salamini 2003. Science 302: 71 .
glucosioSBE 1
Amilosio Amilopectina
LiscioRugoso
Bhattacharyya et al. 1990 Cell 60: 115
TEnel gene
TE attivotardivamente
TE fuori dal gene
TE attivoprecocemente
TE
Nessunprodotto
Prodotto delgene
Excisione
Relazioni di discendenza del mais (Zea mays mays), dei teosinte e di Tripsacum.
9.000 anni fa
Brandolini, 2006 Il mais in Italia, CRF Bergamo
Teosinte
tb1, teosinte branched
tga1, teosinte glume architecture
ra1, ramosa
Mais
Desprez et al. 2003 Science 302: 1206; Vollbrecht e Sigmon 2005 Biochem. Soc. Transact. 33: 1502
Mais primitivo. Teosinte (sinistra) e mais primitivo (destra). Il mais primitivo è stato ricostruito incrociando Teosinte con mais argentino.
Spiga di mais delle Ocampo Caves (Venezuela), datata 3890 ± 60 anni fa. Lunghezza, 47 mm.
Mo17
B73
Teosinte
tb1
tga1Mais
Equilibripunteggiati
Evoluzionea salti
1862 1865 1868 1875 1876 1877 1880 1881
Le opere botaniche successive all’Origine delle Specie
La fecondazione incrociata e l’autofecondazione
Le forme di autoincompatibilità
La superiorità degli ibridi
Nel corso di 37 anni, Darwin ha lavorato su 57 specie vegetali. Ha riprodotto e incrociato le piante in campo e in serra.
Ha analizzato le progenie per caratteri morfologici e fisiologici (altezza, peso, fertilità) ed ha raccolto i dati in con molto scrupolo.
Per l’interpretazione di alcuni dati sperimentali ha fatto ricorso a Galton che ha condotto l’analisi statistica.
'The Mount‘, Shrewsbury, c. 1860
Frumento, autogamo
Mais,monoico
Pomodoro, autocompatibile
Pepe, unisessuale/ermafrodita
Girasole, autocompatibile
1862 1865 1868 1875 1876 1877 1880 1881
Primula sinensis
Qui
ckTim
e™ e
un
deco
mpr
esso
re
sono
nec
essa
ri pe
r vi
sual
izza
re q
uest
'imm
agin
e.
Fiori con eterostilia dimorfa (Darwin, 1877)
Forma a stilo lungo
PIN
Forma a stilo cortoTHRUM
Unione omomorfaFecondità incompleta
Unione eteromorfaUnione omomorfa
Fecondità incompleta Feconditàcompleta
Autoincompatibilita’ eteromorfica o eterostilia
QuickTime™ e undecompressore
sono necessari per visualizzare quest'immagine.
Lithrum salicaria
Fiori con eterostilia trimorfa (Darwin, 1877)
Stilo lungo
Stilo medio
Stilo corto
Polline auto-incompatibile
Degradazione
Stigma
Blocco germinazione
Brassicacee o Crucifere
Autoincompatibilita’ monomorfica
Goring e Walker 2004 Science 303: 1474-1475
1862 1865 1868 1875 1876 1877 1880 1881
Riduzione dell’allegagione e dei semi per frutto in specie eteromorfe dopo impollinazione incompatibile (impollinazione compatibile = 100)
SPECIE ALLEGAGIONE % SEMI PER FRUTTO %
Primula (media di 9 specie) 88 69Hottonia palustris (1) _ 61Linum grandiflorum _ 69Linum perenne _ 20Linum perenne (2) 0 0Pulmonaria officinalis (2) 0 0Pulmonaria angustifolia 35 32Mitchella repens 20 47Borreria sp. _ 0Poligonum fagopyrum _ 46Lythrum salicaria 33 46Oxalis Valdiviana (2) 2 34Oxalis Regnelli 0 0Oxalis speciosa 15 49
(1) da H. Muller (1873) (2) rispettivamente da Hildebrand (1869, 1865, 1871)
Semi(%) prodotti da piante di diversa origine (Ibrido = 100)(Darwin, 1877)
SPECIE IBRIDO SIB SELF
Mimulus luteus 100 4 5
Eschscholtzia californica 100 45 40
Dianthus caryophyllus 100 45 33
Petunia violacea 100 54 46
Specie in cui Darwin ha trovato ibridi superiori per altezza, peso e fertilità.
Brassica oleracea Reseda odorata e lutea Limnanthes douglasii Papaver vagum Viscaria oculata Beta vulgaris Lupinus luteus Ipomaea purpurea Mimulus luteus Calceolaria sp. Verbascum thapsus Vandellia nummularifolia Lactuca sativa Zea mays
Altre osservazioni genetiche trovate nelle opere di Darwin.
Le piante derivate da incroci sono più tolleranti agli stress abiotici e sono più produttive.
Nel 1881, Darwin incita il Dr.William James Beal a condurre esperimenti sui
mais ibridi.
Indicazione di distanze minime fra campi per prevenire l’interincrocio nel
corso della produzione di seme commerciale.
William Beal1833-1924
George H. Shull1874-1954
Lussureggiamento ovigore degli ibridi o eterosi
Beard e Cookingham 2007 Agron. J. 99: 1180; Crow 1998 Genetics 148: 923
aaAA X Aa
Sovradominanza
AA X aa Aa
Dominanza
Schnable, Swanson-Wagner 2009 In: Handbook of Maize: Its Biology.Bennetzen, Hake (Eds), Springer, pagg. 457-467
Varietà
Ibridi semplici
Ibridi a4 vie
Anno
Prod
uzio
ne
200619501900
1862 1865 1868 1875 1876 1877 1880 1881
Nell’evoluzione dell’universo e della vita, il mondo ci appare come un “libro” in cui, malgrado gli elementi irrazionali e caotici, la ragione è capace di penetrare.
In questo modo la scienza stessa scopre che questo libro “è leggibile”; esso ha senso, possiede una logica e perfino una “matematica intrinseca” che possiamo cogliere come ordine e come innegabile finalità. In questo compito scienza e filosofia si muovono insieme nella riflessione sul delicato equilibrio che struttura il mondo fisico, la vita e il suo sviluppo, per arrivare anche a ciò che è specifico della persona umana.
Dal discorso di Benedetto XVI alla Sessione Plenaria della Pontificia Accademia delle Scienze, 2008