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Unità di ricerca per la maiscoltura (MAC)
Direttore - CARLOTTA BALCONI

Sede centrale - BERGAMO
Pagina web: http://www.maiscoltura.eu
Unità di ricerca per la maiscoltura (MAC)
Via Stezzano 24
24126 - BERGAMO
Tel: +39-035-313132 - Fax: +39-035-316054
E-mail:
PEC:

Personale
co.co.co/Collaborazioni
Pubblicazioni
Schede tecniche
Progetti di ricerca
Storia

La Stazione di Maiscoltura di Bergamo è stata costituita nel 1920, grazie al contributo di diversi enti e istituzioni locali. Dal 1968 è stata parte dell’Istituto Sperimentale per la Cerealicoltura quale Sezione Operativa Periferica (DPR n° 1318 del 23.11.1967). Nell’Agosto del 2007, a seguito dell’attuazione del Piano di riorganizzazione e razionalizzazione della rete delle articolazioni territoriali degli Istituti di ricerca e sperimentazione agraria, la Sezione di Bergamo dell’Istituto Sperimentale per la Cerealicoltura ha assunto la denominazione di Unità di Ricerca per la Maiscoltura (CRA-MAC).

Fin dall’inizio la struttura ha contribuito allo sviluppo della maiscoltura italiana con la creazione di varietà adatte alle condizioni pedoclimatiche nazionali e, nell’immediato dopoguerra, all’introduzione e l’adattamento dei mais ibridi.

Attualmente l’Unità svolge attività di ricerca indirizzata al miglioramento genetico del mais. Particolarmente curato è il settore scientifico, che riguarda l’approccio genetico alla produttività, avvalendosi di strategie genetiche, biochimiche, fisiologiche e molecolari. Questo, grazie all’enorme aumento della resa produttiva degli ibridi di mais oggi coltivati che permette un rapido ammortamento del costo della ricerca.

Missione

Studia la genetica e la fisiologia della produzione del mais da foraggio e da granella con metodi convenzionali e con le tecniche della biologia molecolare. Cura il miglioramento genetico per resistenza, adattabilità e qualità nutrizionale del prodotto, nonché la selezione varietale attraverso la realizzazione di linee pure e di ibridi. Collabora con il Centro di ricerca per la genomica e la postgenomica animale e vegetale per l’identificazione e la caratterizzazione di geni utili e la redazione di mappe genomiche. Studia l’effetto dei mezzi tecnici (azoto, irrigazione, epoche di semina, umidità di raccolto, densità, lavorazioni, diserbo, sistemi colturali) sulla produzione e sulle caratteristiche qualitative degli ibridi commerciali. Cura il mantenimento e la valorizzazione delle risorse maidicole locali e di accessioni d’interesse europeo.

Strutture

  • - apparecchiature scientifiche (in Mil di Euro) 2,0
  • - biblioteca: volumi 1.800 n°
  • - biblioteca: periodici 301 n°
  • - uffici 500 m2
  • - foresteria 300 m2
  • - abitazioni aziendali 500 m2
  • - officina 500 m2
  • - capannoni 1.000 m2
  • - serre 300 m2
  • - celle di crescita 6 n°
  • - centro conservazione germoplasma 450 m2

La struttura è inoltre dotata di:

-Azienda sperimentale L’Unità di Ricerca per la Maiscoltura dispone di un’azienda agricola sperimentale di circa 25 ha e di attrezzature per la sperimentazione parcellare ed agronomica.

-Laboratorio di chimica e fisiologia Il laboratorio di chimica e fisiologia dispone di apparecchiature per l’analisi qualitativa e quantitativa di numerosi composti di interesse per l’alimentazione umana (proteine, grassi, amido, antiossidanti, fitosteroli) e per la determinazione della qualità foraggera (componenti della fibra, ceneri, micotossine). L’apparecchiatura per la spettroscopia nel vicino infrarosso permette di sviluppare curve di calibrazione specifiche per numerosi componenti chimici.

- Laboratorio di biologia molecolare Dispone di attrezzature per la biologia molecolare e per l’analisi genomica mediante RFLP, SNP, amplificazione PCR-RAPD, AFLP, SSR e di una piattaforma tecnologica per analisi ad alto volume di informazioni: i) sistema di lettura fluorescenza microarray scanner GenePix 4100; ii) sistema automatico di preparazione microarray Omnigrid Accent; iii) Robot dispensatore campioni liquidi Biomek 2000; iv) CEQ-2000 DNA analysis system.

- Laboratorio di colture cellulari Sono disponibili attrezzature per trasformazione di cellule vegetali e per analisi di microscopia. Il laboratorio è inoltre dotato di camere di crescita e serra a contenimento.

- Laboratorio di patologia vegetale Il laboratorio è allestito per svolgere in sicurezza (cappa Biohazard) le procedure fondamentali per il mantenimento in coltura di patogeni fungini tossigeni (in particolare, Aspergillus flavus, Fusarium verticilliodes) e per lo svolgimento di biosaggi in vitro volti a valutare l’attività anti-fungina di proteine e composti vegetali.

- Laboratorio di conservazione del germoplasma Il laboratorio (450 m2) dispone di attrezzature per la conservazione a breve medio termine (4°C) di circa 4500 accessioni di varietà locali italiane, europee e altri Paesi, popolazioni sintetiche, linee pure italiane e USA, e stock genetici. Il laboratorio provvede alla conservazione, utilizzazione e valorizzazione delle risorse genetiche maidicole e fornisce attività di supporto e complementarietà a studi avanzati sull’organizzazione del genoma del mais. Saranno, altresì, sviluppati programmi di mantenimento della biodiversità, progetti di caratterizzazione e reintroduzione di varietà tradizionali nell’ambito di attività di promozione rurale, salvaguardia ambientale, sviluppo tipicità e novità alimentari.

Ricadute generali Superiore progresso genetico maidicolo; costituzioni di varietà competitive con quelle estere; migliore valutazione delle produzioni, innovazione scientifica e tecnologica.

Attività

Il mais è il cereale d’elezione per l’agricoltura italiana per l’elevata potenzialità produttiva della coltura e per l’alto valore nutritivo del foraggio: elementi che si traducono in rilevanti vantaggi economici sia per la riduzione del costo unitario dell’energia, sia per l’incremento delle produzioni zootecniche per unità di superficie. La coltura (circa 11 Mt di granella nel 2007; 2,6 milioni di € di Plv) fornisce circa il 50% della produzione nazionale di granella dei cereali a cui si sommano le produzioni di foraggio integrale (280mila ettari; 18mila UF/ha, Plv equivalente oltre 600mila €).

Il mais è anche una pianta preziosa perché assicura la materia prima da impiegarsi per una molteplicità di prodotti alimentari e industriali; ciò è evidenziato dalle riguardevoli quantità di granella di mais che tutti gli anni vengono lavorate dalle industrie di trasformazione. E’ convinzione generale che la specie troverà ulteriore sviluppo nei progetti di “chimica verde” e come risorsa energetica rinnovabile (biocarburanti).

Il futuro della maiscoltura italiana dipenderà, quindi, sempre più dalla capacità di mettere a punto ibridi più produttivi, più facilmente coltivabili e dotati di una differenziazione qualitativa delle produzioni in grado di recuperare la redditività della coltura.

Ø Miglioramento genetico del mais

La ricerca vuole garantire l’intervento in loco sul miglioramento genetico di questa pianta per massimizzarne la produttività di granella e di trinciato integrale, per sviluppare materiali di base dotati di caratteri morfofisiologici per massimizzare la produzione quanti-qualitativa sia in condizioni di elevate concimazioni e di irrigazione sia in condizione di low input energetico e per la formazione di ibridi adatti al nostro ambiente sempre più stabili e produttivi e per impieghi speciali.

In particolare l’attività è indirizzata alla:

- creazione di nuovi gruppi d’eterosi;

- avanzamento dei pool genici di base, costituzione di linee parallele superiori e di ibridi competitivi per gli ambienti italiani, al fine di massimizzare la stabilità produttiva in situazioni di ridotti apporti tecnici (fertilizzanti, acqua, fitofarmaci, ecc.) e stress ambientali (virus, insetti, siccità, funghi);

- caratterizzazione dei materiali competitivi in relazione alle specifiche “qualità d’uso” per i diversi utilizzatori finali con valutazione dell’entità dell’effetto genotipo e dell’effetto genotipo x ambiente;

- costituzioni di materiali “moderni” con caratteristiche di spiga-granella mutuate dai gruppi tradizionali italiani;

- selezione assistita da marcatori che permettono di accelerare il miglioramento genotipico permettendo di ridurre gli individui valutati in prove di campo.

Ø Miglioramento qualitativo

- Composizione quanti-qualitativa

Le proteine di riserva del seme di mais hanno un basso valore nutritivo per l’alimentazione umana e degli animali monogastrici in quanto carenti di lisina e triptofano. L’ottenimento di mais con una composizione aminoacidica più favorevole viene conseguito mediante interventi di ordine genetico. Le mutazioni endospermiche disponibili, in particolare la mutazione o2, che hanno una più equilibrata composizione aminoacidica costituiscono un buon materiale di partenza per l’ottenimento di ibridi migliorati da coltivare. Il cosiddetto “mais opaco” che ha tutte le caratteristiche per essere considerato di buona qualità ai fini alimentari, presenta svantaggi di ordine pratico a causa della struttura farinosa del seme. L’Unità ha in corso di selezione sintetiche opache con fenotipo modificato che consentono di costituire ibridi di interesse agronomico. Recentemente, parte dell’attività è impiegata a costituire ibridi con granella a frattura vitrea e sembra giustificata la costituzione di ibridi dotati di queste caratteristiche adatti agli ambienti italiani.

- Riduzione della presenza di micotossine

La granella del mais, dal punto di vista micotossicologico, presenta rischi di accumulo di micotossine in quanto attaccata da numerose specie fungine in grado di produrre un ampio spettro di metaboliti tossici.

Lo sviluppo di sistemi di resistenza della pianta utili a prevenire contaminazione con micotossine prima della raccolta e lo sviluppo di meccanismi atti a degradare le tossine stesse, sono verosimilmente strategie favorevoli.

Gli obiettivi della ricerca prevedono:

- monitoraggio della presenza di Fusarium spp. e Aspergillus e del livello di tossine nella granella di mais;

- identificazione geni e di composti naturali prodotti dalle piante per prevenire la contaminazione dei funghi sopraccitati;

- messa a punto di metodologie analitiche per determinare il contenuto di tossine in laboratorio e mediante screening rapido;

- messa a punto di metodologie volte alla valutazione del grado di resistenza di genotipi di mais a Fusarium e ad Aspergillus, tramite metodi di screening basati su infestazione artificiale in prove di campo e su biosaggi di laboratorio;

- sviluppo di piante dotate di maggior resistenza all’attacco di patogeni e/o all’accumulo di micotossine

- Composti bioattivi

Numerose componenti della granella del mais sono altresì dotate di valore farmacologico e nutraceuticals. E’ pertanto previsto di arricchire e ampliare il repertorio genetico del seme del mais, con l’identificazione di geni e varietà che specificano nuove caratteristiche ad alto valore aggiunto quali composti con azione antiossidante, sintesi di biopolimeri, produzione di vaccini orali ed enzimi industriali. Risulta altresì evidente la necessità di incentivare l’attività di ricerca per identificare geni importanti che controllano le vie biosintetiche attive nel seme al fine di consentire la produzione di molecole di elevato valore commerciale e per migliorare la qualità dei prodotti del seme sia per impieghi industriali che alimentari.

Ø Identificazione e sviluppo di varietà dedicate a produzioni energetiche

Tra le diverse colture impiegabili per produzioni agro-energetiche, il mais appare cereale d’elezione, in particolare per la produzione di bioetanolo, per l’elevata potenzialità produttiva della coltura e per l’alto valore di trasformazione in biocombustibili. Il mais è anche una pianta preziosa perché assicura la materia prima da impiegarsi nei progetti di “chimica verde” per la sintesi di materiali organici (acidi organici, polimeri, plastiche, surfattanti, lubrificanti) di elevato valore aggiunto, capaci di sostituire i prodotti derivati dal petrolio.

L’obiettivo generale delle ricerche mira a i) identificare varietà idonee e sviluppare indicatori energetici per innalzare gli standard quanti-qualitativi per produzioni di biogas e etanolo per trazione (biocarburanti) attraverso un approfondimento delle conoscenze varietali, genetiche e biochimiche, dei processi produttivi delle piante e dei microrganismi per migliorare l’adattabilità e le rese energetiche; ii) mettere a punto le tecniche agronomiche per ottimizzare queste produzioni negli ambienti italiani; iii) realizzare il trasferimento delle informazioni in prodotti commerciali innovativi per produzioni di energia rinnovabile; iv) valutare la fattibilità tecnica ed economica della coltura del mais destinata a produzione di bioetanolo per autotrazione e biogas per produzione di energia.

Ø Studio di alcuni sistemi interessanti il miglioramento genetico della specie

L’attività di miglioramento genetico del mais è adeguatamente fiancheggiata da alcune ricerche di genetica e biochimica per gruppi di mutazioni che interferiscono con la sintesi delle cere, dei carboidrati, delle proteine di riserva e ricerche sugli elementi di controllo che condizionano la mutagenicità di trasposizione. Queste informazioni sono utili per chiarire i meccanismi genetici e biologici che determinano la sintesi di importanti composti e l’induzione di variabilità genetica al fine di una loro possibile applicazione pratica in programmi di miglioramento genetico del mais.

Sono, altresì, in corso ricerche miranti a chiarire i meccanismi di regolazione genica basati sulla variazione della struttura della cromatina, delle modifiche istoniche e della loro correlazione con il controllo della trascrizione genica in pianta e in endospermi di mais. Questa attività ha portato all’identificazione e alla caratterizzazione funzionale della prima istone deacetilasi del tipo Rpd3 in specie vegetali. E’ stata, inoltre, sviluppata una tecnologia specifica per lo studio dei meccanismi epigenetici in mais applicabile anche ad altre piante coltivate. Attualmente l’attività di ricerca è orientata verso l’utilizzo di tecnologie per lo studio su ampia scala dell’intero epigenoma e verso l’uso di tali tecnologie per l’analisi dei ruolo dei meccanismi epigenetici nei fenomeni dell’eterosi nel mais e dell’interazione tra epigenetica e ambiente.

- Uso di marcatori molecolari del DNA nel miglioramento genetico

Nel mais la presenza di uno straordinario grado di polimorfismo genetico per marcatori molecolari del DNA (RFLP, AFLP, SSR e SNP), è favorevolmente utilizzabile per scomporre l’architettura genetica di caratteri complessi e agronomicamente importanti, rendendo eventualmente possibile una semplice analisi mendeliana degli stessi. Le ricerche mirano ad impiegare i marcatori molecolari del DNA per migliorare l’efficienza della selezione sia di caratteri a base genetica semplice, quale ad esempio la resistenza agli insetti, sia per identificare blocchi genici che influenzano importanti caratteri agronomici, quale la produzione, la stabilità ambientale, la qualità del prodotto.

- Analisi dei meccanismi genetici e molecolari che influenzano i processi produttivi del seme

L’acquisizione di conoscenze scientifiche a sostegno del miglioramento quanti-qualitativo dei processi produttivi del seme del mais è per il sistema agroalimentare, un’occasione di marketing; ciò a beneficio della produzione alimentare “made in Italy”, di elevato valore qualitativo basata sui prodotti tipici della trasformazione agroindustriale del mais (latte e derivati, carni e derivati, semole) commercializzati sui mercati mondiali.

Il seme del mais rappresenta anche una delle maggiori fonti rinnovabili di carboidrati complessi e di oli necessari per la trasformazione industriale. L’attenzione si sta attualmente spostando sulla modificazione delle reti biosintetiche del seme al fine di cambiare i metaboliti esistenti o produrne di nuovi.

Gli obiettivi delle ricerche sono volti ad accrescere le conoscenze scientifiche sulle caratteristiche quanti-qualitative del seme per lo sviluppo di varietà di mais più aderenti alle necessità di mercato e per migliorare la qualità degli alimenti da essi derivati, valorizzando anche i prodotti tipici e di nicchia. Il progetto mira anche allo sviluppo di tecniche genetiche innovative per lo studio ed il miglioramento di uno dei processi produttivi delle piante avente maggiore interesse dal punto di vista economico ed agronomico: lo sviluppo e la germinazione del seme del mais.

Gli obiettivi specifici di queste ricerche sono diretti a:

- realizzare una piattaforma tecnologica al servizio della genetica del seme;

- sviluppare marcatori molecolari di nuova concezione e ad alta efficienza;

- ricostruire in silico le principali vie biosintetiche del seme e analizzare i profili di espressione dei geni coinvolti;

- identificare marcatori di tipo SNP associati ai geni identificati (geni candidati) e geni utili a modificare il metabolismo cellulare per l’accumulo di composti di interesse alimentare e industriale;

- identificare geni e passaggi regolativi che hanno un effetto primario per il miglioramento del seme;

- sviluppare piante innovative ad alto valore aggiunto per l’industria di trasformazione.

Ø Costituzione varietale

La struttura conduce, pur con carenze di personale e finanziarie, l’unico programma di miglioramento genetico in atto nel Paese e nel sud-europa. La specie è strategica per lo sviluppo dell’industria sementiera per i notevoli ritorni economici sostenuti per R&S di nuove varietà.

Le più recenti costituzioni riguardano:

Mais varietà sintetiche: o2, DOo2, SSSo2, MOD2; BGSF; MP; SSS ELITE; LANCASTER ELITE

Mais linee pure: L1058, Lo592, Lo863, Lo1010, Lo1059, Lo1067, Lo1087, Lo1096, Lo1094, Lo1095, Lo1101, Lo1124, Lo1130, Lo1132, Lo1141, Lo1142, Lo1154, Lo1158, Lo1162, Lo1167, Lo1171, Lo1172, Lo1173, Lo1180, Lo1183, Lo1185, Lo1187, Lo1189, Lo1190, Lo1192, Lo1199, Lo1203, Lo1205, Lo1208, Lo1215, Lo1223, Lo1240, Lo1241, Lo1242 , Lo1254, Lo1260, Lo126, Lo1265, Lo1270, Lo1271, Lo1278, Lo1279, Lo1281, Lo1283, Lo1288, Lo1290, Lo1292, Lo1301, Lo1320, Lo1322,

Lo1366, Lo1474, Lo1412.

Lo1084ae, Lo1096ae, Lo1095ae; Lo1363ae, Lo1250ae, Lo1310ae.

Lo1378wx, Lo1390wx, Lo1411wx.

Mais ibridi (formulati): Lo1123/L1058; Lo1189/Lo1124; Lo1095/Lo1059; Lo1095/Lo1124; Lo1067/Lo1096; Lo1010/L1058; Lo1205/L1058; Lo1207/L1058; Lo1209/L1058; Lo1067/Lo1077; Lo1159/L1058; Lo1189/L1057; Lo1123/L1057; Lo1207/Lo863; Lo1010/Lo863; Lo1159/L1057; Lo1187/Lo1124; Lo1203/Lo1108; Lo1187/Lo1059; Lo1189/Lo863; Lo1189/Lo1058; Lo1183/Lo1260; Lo1123/Lo863; Lo1271/Lo863; Lo1189/Lo863; Lo1189/Lo592, Lo1263/Lo1270, Lo1301/Lo1264, Lo1301/Lo1296B, Lo1203/Lo1208, Lo1285B/Lo1264, Lo1084ae/Lo1250ae, Lo1095ae/Lo1096ae.

Le linee pure sono state impiegate da diverse aziende sementiere italiane ed estere in formulati ibridi. Il 60% di mais ibridi commerciali con caratteristiche di granella vitrea o speciale è costituito da varietà e linee rilasciate ad aziende sementiere tramite la Fondazione Morando Bolognini.

Ø Collaborazioni

I programmi di ricerca, oltre a rappresentare un’indispensabile fonte di finanziamento dell’Unità di Maiscoltura, hanno favorito la crescita culturale e scientifica dei ricercatori, attraverso l’instaurarsi di proficue collaborazioni con altre istituzioni di ricerca e universitarie sia nazionali che internazionali, Enti Regionali e Provinciali di Assistenza Agraria, e organizzazioni produttive locali.

Pubblicazioni 2002-2009 (selezione articoli più significativi pubblicati su riviste scientifiche internazionali)

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