Banche del germoplasma »

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Una banca del germoplasma permette di conservare grandi quantità di diversità genetica per tempi lunghi e in poco spazio. I materiali conservati possono essere impiegati per la propaga- zione di nuovi esemplari fertili delle specie conservate. La maggior parte del germoplasma con- servato nelle Banche del Germoplasma (BG) di tutto il mondo è rappresentato da accessioni di semi ortodossi, ma spesso le banche del seme custodiscono anche altri organi e/o strutture (ad es. spore, polline, talee).

Oggi le BG sono componenti essenziali della strategia per la salvaguardia dell'agro- biodiversità, con circa 6 milioni di campio- ni di semi conservati in circa 1300 strutture in tutto il mondo. In Italia, per le specie col- tivate, si ricorda la BG del Mediterraneo del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR, Bari) e le strutture per la conservazione fa- centi parte della rete degli Istituti del Consi- glio per la Ricerca in Agricoltura (CRA).

Per quanto riguarda le piante spontanee, in Italia esistono una ventina di BG operan- ti in una rete nazionale denominata RIBES, che conserva ex situ circa un terzo delle 1020 specie spontanee italiane a rischio di estin- zione.

In ambito forestale, le BG sono impiegate principalmente per lo stoccaggio di materia- le per la commercializzazione. Sono operati- vi tre Centri Nazionali per lo Studio e la Con- servazione della Biodiversità Forestale, che ga- rantiscono la conservazione di specie arboree ed arbustive italiane. Inoltre il Corpo Foresta- le dello Stato ha istituito la rete nazionale per il germoplasma (RENGER), il cui obiettivo è lo studio a fini conservativi e produttivi degli alberi ed arbusti spontanei in Italia.

LA CONSERVAZIONE EX SITU

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– Mancanza di liste di priorità nazionali di specie spontanee, coltivate e forestali, da inserire nei programmi di conservazione ex situ;

– mancanza di un piano di azione concorda- to a livello nazionale;

– mancanza di una rete integrata di centri di conservazione del germoplasma per le spe- cie coltivate;

– mancanza di un censimento ufficiale delle collezioni ex situ di germoplasma di specie coltivate;

– carenza di studi sulla conservazione di gran parte delle specie spontanee e forestali; – applicazione solo parziale della normati-

va sul commercio del materiale forestale di moltiplicazione (D.Lgs. n.386 del 10/11/2003).

A

1. Predisposizione di una lista nazionale di specie spontanee da inserire prioritariamente in pro- grammi di conservazione ex situ.

2. Coordinamento a livello nazionale, a cura di una autorità nazionale competente, di un pro- getto per la raccolta, conservazione ex situ e uso di piante spontanee.

3. Conservazione ex situ del 100% delle specie a rischio di estinzione o comunque di forte in- teresse entro cinque anni.

4. Sostegno e ampliamento delle reti di strutture che si occupano di seed banking, sia su base nazionale, sia europea, a partire da quelle già esistenti (RIBES, rete CRA, RENGER e Cen- tri nazionali per la biodiversità).

5. Censimento di tutte le collezioni, pubbliche e private, di conservazione del germoplasma ex

situ.

6. Contenimento dei rischi intrinseci alla conservazione ex situ mediante un piano condiviso di duplicazione delle collezioni.

7. Istituzione di una banca dati accessibile via web con notizie su qualità, stato di conservazio- ne, variabilità genetica del materiale conservato, provenienza e storia.

8. Istituzione di un Centro Nazionale per la Conoscenza e il Monitoraggio della Biodiversità delle piante coltivate.

9. Programmazione ed esecuzione di rinnovamento, ampliamento e monitoraggio delle colle- zioni ex situ.

10. Messa a punto di nuove tecniche di conservazione a breve e lungo termine e di classifica- zione, basate anche su metodi biomolecolari e genetici.

Pulizia dei semi presso la Lombardy Seed Bank (Pavia). (Foto Graziano Rossi)

4.1.1.1 Ottimizzazione delle condizioni di conservazione dei semi nelle banche

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In campo internazionale non c'è consenso tra gli studiosi su quale sia il valore di disidrata- zione ottimale per massimizzare la conservazione a lungo termine dei semi ortodossi. La mag- gior parte dei ricercatori è comunque propensa a ritenere che una disidratazione parziale dia migliori risultati a basse temperature di conservazione, contrariamente alla vecchia idea che una disidratazione totale sia sempre preferibile come sostenuto da alcuni. Questa indicazione con- diziona notevolmente le procedure operative di una banca del germoplasma. L'effetto è comun- que più significativo e va quindi preso in seria considerazione su semi intrinsecamente meno longevi come appaiono essere, secondo studi preliminari, quelli di piante originarie delle zone alpine e temperato-fredde.

Ricerche specifiche hanno evidenziato come uno dei più gravi problemi che affliggono la con- servazione a lungo termine delle attuali riserve di germoplasma nella forma di semi (ma anche di polline e di tutto ciò che ha bisogno di mantenere costante il proprio contenuto di umidità) sia la difficoltà di reperire contenitori realmente ermetici, le cui proprietà di tenuta offrano una barriera impenetrabile dall’umidità nel lungo periodo.

L’indebolimento della barriera ermetica com- porta il progressivo ingresso di aria umida con conseguente incremento del contenuto in acqua dei semi conservati e riduzione della longevi- tà. Particolari cautele vanno quindi prestate nel- la scelta e nella gestione dei contenitori, ivi compresi test di tenuta preliminari, validazio- ne continua e controllo periodico.

Per le specie a longevità intrinsecamente ri- dotta, molti studiosi consigliano di prendere in considerazione metodi alternativi di conserva- zione quali la crioconservazione di semi, di em- brioni, di gemme apicali o di tessuti. Tecniche che negli ultimi due casi sono potenzialmente applicabili anche a specie con semi non orto- dossi. Per queste metodologie non sono però ancora disponibili protocolli operativi standard, ma solo alcuni casi studio di carattere tuttora sperimentale limitati ad alcuni gruppi di spe- cie. Risulta quindi problematico consigliarne un uso routinario. Va però incoraggiata la loro spe- rimentazione nei casi in cui sia necessaria.

Altre tecnologie come il DNA banking possono trovare interessanti applicazioni an- che se in ambiti più legati alla ricerca piut- tosto che alla conservazione volta alla rige- nerazione e alla propagazione a partire dal germoplasma conservato.

Primo piano di un misuratore dell’attività dell’acqua con- tenente semi di Viola dubyana Burnat. Questa strumen- tazione permette di misurare in maniera non distruttiva lo stato di idratazione delle accessioni di semi di una banca del germoplasma. Il valore di attività dell’acqua è corre- lato al contenuto in acqua. (Foto Costantino Bonomi)

C

– Scarsa attenzione scientifica all’individuazione dei livelli finali di idratazione dei semi. – Scarsa attenzione alle problematiche connesse al controllo e al monitoraggio dei valori di umi-

dità relativa e alla mancanza di apparecchiature semplici e a basso costo, capaci di soddisfa- re l’esigenza fondamentale di deidratare il seme.

– Scarsa diffusione degli strumenti per la misura non distruttiva del contenuto in acqua (ad esem- pio la determinazione della cosiddetta water activity).

– Utilizzo diffuso nelle banche italiane di contenitori non impermeabili all’umidità nel lungo termine.

– Mancanza di formazione specialistica per il personale tecnico delle banche del germoplasma per lo meno per quanto riguarda l’area delle specie spontanee.

– Limitata capacità di indagine e sperimentazione scientifica delle strutture preposte alla con- servazione dei semi per le specie spontanee.

A

1. Attuare programmi di cooperazione a livello nazionale per migliorare gli standard operativi delle banche semi e contribuire alla formazione del personale che vi opera.

2. Promuovere una campagna di verifica dei livelli di idratazione dei semi conservati nelle ban- che del germoplasma italiane, accompagnata da un controllo delle proprietà isolanti dei con- tenitori attualmente utilizzati per la conservazione a lungo termine.

3. Avviare un’attività di ricerca comune per definire i valori di contenuto di umidità otti- male con particolare riferimento alle specie a longevità intrinsecamente breve (alpine e temperato fredde) tramite studi comparativi di essiccazione differenziale e invecchiamen- to accelerato (azione in parte già avviata dal gruppo di lavoro “trattamento semi” di RI- BES).

4. Mettere a punto un programma per implementare controlli ridondanti nelle fasi di lavoro de- dicate al mantenimento di bassi valori di umidità relativa e contenuto in acqua.

5. Avviare prove sperimentali sui materiali che offrono le migliori garanzie di impermeabilità al vapore acqueo in un orizzonte temporale di parecchie decine di anni, possibilmente in coo- perazione con i dipartimenti di scienze dei materiali delle facoltà di ingegneria delle univer- sità e dei centri di ricerca aventi il know how necessario.

6. Proporre un programma di aggiornamento e formazione continua del personale che opera nel- le banche semi italiane sui principali problemi e criticità che affliggono la conservazione a lungo termine del germoplasma.

7. Avviare nelle sedi italiane più specializzate un programma di sperimentazione e valida- zione delle tecniche di conservazione, quali la crioconservazione di semi e tessuti, su una selezione rappresentativa dei maggiori gruppi tassonomici ed ecologici presenti in Italia, dando la priorità alle specie minacciate e a quelle a longevità intrinsecamente ri- dotta.

4.1.2 Banche del polline

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Il polline finora conservato è soprattutto quello delle piante agrarie e forestali. Solo in pochi casi è stato conservato quello delle piante spontanee in via di estinzione.

Il polline viene conservato, oltre che per studiarne la biologia, anche per fare incroci controllati allo scopo di migliorare alcune ca- ratteristiche della progenie.

Come per i semi esistono due tipi di pol- lini: gli ortodossi e i recalcitranti. Queste due categorie hanno modalità di raccolta, conser- vazione e uso diversi. Mentre il polline orto- dosso si conserva facilmente, quello recalci- trante è deperibile.

C

– Mentre si conosce molto circa la morfolo- gia del polline, meno avanzate sono le co- noscenze riguardanti la fisiologia e quindi la conservazione, soprattutto per la catego- ria dei pollini recalcitranti.

– Prima e dopo la raccolta e alla fine del pe- riodo di conservazione deve essere control- lata la vitalità del polline, cioè la sua capa- cità di fecondare.

– Qualunque operazione di conservazione, soprattutto di specie con pollini recalcitran- ti, deve essere preceduta dalla ricerca sui metodi di raccolta, conservazione e ritorno alle condizioni naturali più adatte. Infatti,

il metodo di raccolta del polline cambia in base alle differenti strategie di impollinazione. – Non esistono manuali con metodologie condivise e universali per la raccolta, la conservazio-

ne e la spedizione dei vari tipi di polline.

A

1. Creazione di banche del polline per conservare le diverse tipologie di piante: alberi, erbe, proge- nitori selvatici di piante coltivate (wild crop relatives), piante di ambienti mediterranei, alpini, ecc. 2. Individuazione di modalità standard per la raccolta, la conservazione, il ritorno alle condi-

zioni naturali e la spedizione delle varie categorie di polline.

Esempi di pollini con differenti stati di idratazione. A. Pol- line recalcitrante di Daphne sericea Vahl, che ha un con- tenuto di acqua intorno al 40%. B. Polline ortodosso di

Petunia hybrida Hort., che ha un contenuto di acqua in-

4.1.3 Banche del DNA

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Le banche di DNA, normalmente legate a giardini botanici, università o enti di ricerca, si occupano dell’identificazione di specie da salvaguardare e rigenerare, del loro campionamen- to e dell’estrazione e mantenimento per tempi indefiniti del DNA, per scopi di ricerca scienti- fica e di conservazione dell’informazione genetica. I taxa da conservare vengono scelti sia in base ai criteri di conservazione della natura e ripristino ambientale (taxa rari, endemici, a ri- schio, rappresentativi di particolari habitat, fondamentali nella ricostituzione di aree degradate o fortemente compromesse), sia di conservazione della biodiversità agraria e forestale (varietà locali, progenitori selvatici).

Banche di DNA vegetale sono operative in Gran Bretagna, Italia, Australia, Germania, Bra- sile, Sudafrica, Corea e USA. In Italia, esistono la banca del DNA dell’Istituto di Genetica Ve- getale (IGV) del CNR di Bari, e la Banca Centrale del DNA Forestale (BCD) con sede a Cit- taducale (RI). La banca dell’IGV si occupa dell’estrazione e conservazione del DNA da varie- tà locali di specie agrarie che vanno scomparendo o comunque di particolare interesse. Inoltre la banca dell’IGV conserva DNA di progenitori selvatici delle piante coltivate, che costituisco- no un patrimonio per la scoperta di varianti geniche, nonché per analisi filogenetiche. Assieme al DNA genomico, la banca dell’IGV conserva cloni di sequenze di numerosi geni e marcato- ri molecolari di interesse. Ad ogni campione conservato è associata una posizione nella banca dati elettronica, con informazioni di passaporto, immagini, qualità del DNA, ecc. Un esempio dei campioni conservati presso la banca dell’IGV è il DNA proveniente dalla collezione euro- pea di carciofo coltivato e di popolazioni mediterranee di carciofo selvatico.

Lo scopo della BCD è quello di raccogliere il DNA di tutte le specie forestali italiane, del Me- diterraneo e dell’Europa continentale fino a rivolgersi allo scenario mondiale. La BCD è centrata sulla conservazione dei materiali e delle informazioni relative non ai singoli individui, ma ad inte- re popolazioni rappresentative di un territorio ecologicamente omogeneo. Al deposito dei campio- ni di DNA è associato un erbario e un database sulle caratteristiche bio-ecologiche, geografiche e storiche dei vari boschi registrati. Attualmente conserva 727 campioni di DNA appartenenti a 48 specie forestali. In prospettiva, la Banca Centrale del DNA Forestale opererà nei seguenti settori: • studio dell’evoluzione di strutture genetiche; realizzazione di un sistema di scambio di infor-

mazioni;

• catalogazione di entità di particolare interesse;

• conservazione nel tempo; certificazione del materiale di propagazione forestale; progetto in- ternazionale CBOL - Consortium for the Barcode Of Life.

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– La principale criticità risiede nella confusione che regna ancora sul reale significato e sugli scopi effettivi delle banche del DNA, che non operano raccogliendo e conservando semi o al- tro materiale destinato alla propagazione, ma raccolgono e conservano il materiale dal quale dipende direttamente la diversità genetica, sostenendo così le attività di altri settori disciplina- ri, quali genetica, sistematica, filogenesi, fisiologia, ecologia e biologia della conservazione.

– Alcune criticità sono legate alla difficoltà di organizzazione e di gestione. Basta, ad esem- pio, un’interruzione dell’energia elettrica o una manipolazione errata del materiale per dan- neggiare irreparabilmente campioni preziosi. Tuttavia, si tratta pur sempre di problemi ri- solvibili.

A

1. Attuare un adeguato censimento delle iniziative in programma e coordinare le azioni intra- prese dalle singole banche, evitando costose ripetizioni.

4.2 TECNICHE DI CONSERVAZIONE PER SCOPI PARTICOLARI