PROBLEMATICHE FUTURE BIOTECNOLOGIE E SPECIE FORESTALI:

APPLICAZIONI E PROSPETTIVE FUTURE

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APAT- Dipartimento Difesa Natura-Servizio Indicatori e Tossicologia Ambientale

Sommario

La prima specie forestale geneticamente modificata è stata il pioppo (1986). La scelta di questa specie è stata dettata dalla facilità con la quale è possibile ottenere la trasformazio-ne getrasformazio-netica delle cellule del pioppo e dalla facilità con la quale si ottietrasformazio-ne la propagaziotrasformazio-ne vegetativa della stessa specie. Questo ha determinato che il genere Populus è, allo stato at-tuale, il genere più ampiamente studiato. Infatti il genoma del pioppo è stato completa-mente sequenziato.

A livello mondiale l’attività di ricerca relativa all’applicazione dell’ ingegneria genetica al-le specie forestali è stata censita in 35 paesi (fig.1). In 16 di questi, sempre a scopo di ricer-ca, sono stati effettuati rilasci deliberati nell’ambiente. Nei rimanenti paesi l’attività risul-ta confinarisul-ta in laboratorio.

Gli Stati Uniti, con il 42% (fig. 2), risultano primi in termini di mole di attività e di maggior quantità di rilasci a scopo sperimentale, che a livello globale risultano essere 210. I generi maggiormente utilizzati sono Populus, Pinus, Liquidambar ed Eucalyptus (fig.3). L’unico paese, ad oggi, ad avere autorizzato impianti di specie forestali geneticamente mo-dificate (pioppo) a scopo commerciale è la Cina.

In particolare: nel 2002 sono stati piantati 300 ettari di Populusnigra Bt mentre nel 2003 cir-ca 200 ettari dell’ibrido 741 (P. alba x [P. davidiana+P. simonii] x P. tomentosa) modificir-cato con cry1Ac.

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II SESSIONE

Figura 1 - Attività di modificazione genetica a livello mondiale ( 2004)

42% 10% 6% _5% 4% 4% 4% _{3% 3% 3%} 2% 2% 12% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45%

Stati Uniti Francia Cina Canada Germania Giappone Nuova Zelanda Finlandia Regno Unito Svezia Belgio Italia Altri Paesi (23)

Figura 2 - Attività di sperimentazione a livello mondiale per paesi (2004)

47% 19% 7% 5% 5% _3% 2% 2% 2% 8% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%

Populus Pinus Eucalyptus Liquidambar Picea Betula Casuarina Larix Ulmus Altri generi

Tipologia di modificazione

Per quanto riguarda la tipologia di applicazioni (fig. 4) le modificazioni più ampiamente uti-lizzate hanno riguardato la resistenza agli insetti e la modifica qualitativa e quantitativa della lignina. Lo scopo è quello di ridurre gli impatti e di aumentare le rese al fine di rispon-dere positivamente alla domanda crescente di legno e di derivati per la produzione di cellu-losa. Questo tipo di applicazioni è condotto principalmente da aziende del settore privato. Per quanto riguarda la resistenza agli insetti si utilizzano tre metodologie principali: un pri-mo metodo consiste nell’utilizzo di A. tumefaciens che veicola la tossina Bt (che, una volta penetrata nell’intestino degli ospiti, si attiva) ed utilizzato sul genere Populus e su Pinus radiata; un secondo metodo che prevede l’uso di un inibitore della proteasi (attraverso l’utilizzo del gene pin2 della patata) utilizzato su Populus ed un terzo metodo che prevede la combinazione tra la tossina Bt e un gene coinvolto nella sintesi di una perossidasi e che è stato applicato su Liquidambar styraciflua.

Per quanto riguarda la modifica qualitativa e quantitativa della lignina si è intervenuti sul-la regosul-lazione dell’attività di enzimi chiave coinvolti nelsul-la via metabolica delsul-la biosintesi della lignina.

Altre tipologie di modificazione riguardano la tolleranza agli erbicidi.

Sono stati ingegnerizzati per la tolleranza al glifosato le seguenti specie: Populus alba x Populus grandidentata; Populus trithocarpa x Populus deltoides; Eucalyptus grandis; Larix de-cidua e Pinus radiata mentre Populus tremula e Pinus radiata sono stati modificati per tol-lerare il chlorosulfuron.

Infine la modifica della fioritura e dell’accrescimento sono state ottenute attraverso, ri-spettivamente, l’inserimento di un gene citotossico sotto il controllo di uno specifico promo-tore della fioritura (nel pioppo) e il miglioramento dell’assimilazione dell’azoto e la modifi-ca della sintesi delle giberelline.

75 21% 18% 13% 12% 9% _8% 6% 5% 3% 3% _2% 0% 5% 10% 15% 20% 25% Espressione

genetica ^{cellulari Colture} erbicidi ^Tolleranza _insetti ^{Resistenza Contenuto di} lignina ^Marker

genetici Fertilità Accrescimento genetica Stabilità Fisiologia Bioremediation Figura 4 - Principali attività di ricerca (2004)

Tipologia di applicazioni

Oltre alle applicazioni viste sopra, a carattere prevalentemente industriale, altre possibili-tà di utilizzo di specie forestali geneticamente modificate riguardano il miglioramento di alcune caratteristiche per assicurare la sopravvivenza di specie minacciate, attraverso ad esempio l’adattamento a “stress” biotici ed abiotici, la bonifica di suoli contaminati (biore-mediation), la coltivazione per la produzione di biomassa e la produzioni di molecole ad uso farmaceutico. Non bisogna sottovalutare, inoltre, la ricerca di base nella biologia fore-stale per ottenere informazioni sul funzionamento di specifici geni e sulle caratteristiche delle sequenze di controllo.

Conclusioni

Le applicazioni delle moderne biotecnologie sono uno strumento relativamente recente nel settore forestale. Inevitabilmente ai potenziali benefici si sovrappongono potenziali svantaggi. Tutto ciò necessita dello sviluppo di un adeguato sistema regolatorio che, parten-do dalle conoscenze acquisite nel settore agricolo, necessita degli opportuni adattamenti. Sebbene negli ultimi venti anni l’attività di ricerca nel campo delle biotecnologie forestali sia stata molto intensa, le applicazioni su larga scala a livello commerciale sono frenate dagli alti costi di investimento in termini di ricerca e sviluppo (ad esempio i lunghi tempi necessari alle sperimentazioni) e dalla necessità di migliorare le conoscenze nel campo della biologia forestale. Ad esempio l’inserimento di nuove caratteristiche (accrescimento, adattabilità, qualità del legno) è limitata dalla insufficiente conoscenza relativa ai mecca-nismi di controllo molecolare che, nella maggior parte dei casi, è sotto controllo poligenico (da qui la necessità della ricerca di base nella biologia delle specie forestali). Per quanto ri-guarda la valutazione del rischio questa dovrebbe essere condotta caso per caso ma i tem-pi per effettuare una valutazione del rischio adeguata sono inevitabilmente lunghi (stabili-tà del gene, dispersione di seme e polline, impatti sugli ecosistemi) e, ad oggi, gli studi so-no ancora insufficienti.

In conclusione il 95% delle foreste mondiali è di origine naturale o seminaturale e pur avendo le biotecnologie un possibile ruolo in questo settore è improbabile che, nel breve pe-riodo, verranno utilizzate oltre il settore privato e i modelli di sviluppo tipici delle attuali pratiche agricole.

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LE COLTURE DA ENERGIA: PROSPETTIVE FUTURE