Il sequenziamento del genoma ha permesso la sua esplorazione attraverso strumenti bioinformatici specifici per la ricerca di motivi SSR funzionali (Hamwieh et al., 2010). I risultati indicano che i motivi SSRs più abbondanti sono quelli con ripetizioni di-nucleotidiche (oltre 52000), seguono quelli formati da ripetizioni tri-nucleotidiche (oltre 28000 motivi) e penta- nucleotidiche (oltre 12800 motivi). La frequenza delle ripetizioni tetra- nucleotidiche sparse attraverso il genoma risulta molto più bassa rispetto agli altri tipi di ripetizioni (oltre 5000 motivi). Tra le ripetizioni di-nucleotidiche il tipo più comune è rappresentato da (GA)n (48%) seguito da (AT)n (37%). Questo lavoro ha permesso di disegnare oltre 1000 nuovi marcatori microsatelliti utilizzabili principalmente per la creazione di mappe genetiche più accurate nonchè per l'analisi della diversità genetica, almeno per quel set di marcatori con un contenuto polimorfico adeguato (Elmeer et al., 2011). In un lavoro successivo sono state analizzate, mediante software specifici, le ripetizioni presenti nei geni “full-lenght” e sono stati individuati 2043 SSR con motivo ripetuto maggiore o uguale a 20bp. In accordo con i risultati ottenuti sull'intero genoma, le ripetizioni di-nucleotidiche (48%) sono le più abbondanti, seguite dalle ripetizioni tri- (42%) tetra- (6,5%) e penta- nucleotidiche (1,5%). I ricercatori, inoltre, hanno notato una forte distorsione tra regione CDS (codificante) e UTR (regione non tradotta), infatti, il 55% degli SSR tri-nucleotidici sono associati alle regioni codificanti e oltre il 90% dei microsatelliti di-, tetra- e penta-nucleotidici si ritrovano nella regione 5' e 3' UTR (Zhang et al., 2012) Questo lavoro potrebbe rappresentare un punto di partenza per lo sviluppo di marcatori SSR associati a geni che controllano importanti caratteri quantitativi utilizzabili sia nel campo del miglioramento genetico, attraverso tecniche di selezione assistita da marcatori (MAS), che in studi più generali legati a tematiche come adattamento e domesticazione. Per quanto riguarda la ricerca di marcatori SNP, prima di tutto sono stati confrontati gli alleli parentali della varietà di riferimento sequenziata (Al-Dous et al., 2011). Attraverso l'utilizzo di specifici software sono stati individuati oltre 1,7 milioni di SNPs in 381 Mb di sequenza ottenendo un tasso di eterozigosi dello 0,46% o uno SNP ogni 217 bp. La distribuzione è significativamente distorta e suggerisce la presenza di isole di elevato polimorfismo all'interno del genoma. Di questi SNPs circa 100.000 sono trovati all'interno di una sequenza predetta come
codificante e quasi 54.000 causano un cambiamento amminoacidico con un rapporto tra SNP non sinonimi e sinonimi di 1,17 molto simile al rapporto di 1,2 ritrovato in un'altra specie monocotiledone come il riso (McNally et al., 2009).
Per caratterizzare al meglio i polimorfismi nella palma da dattero sono state sequenziate, con differenti livelli di copertura del genoma, altre otto varietà, sia femminili che maschili, alcune non importanti dal punto di vista commerciale. Sono stati identificati oltre 3,5 milioni di SNPs polimorfici in almeno uno dei genomi sequenziati. Attraverso un algoritmo decisionale gli autori hanno identificato un “core” di 32 SNPs altamente informativo, con una minima perdita della potenza discriminativa rispetto a quando si utilizzano tutti i 3,5 milioni di SNP identificando tra questi cinque SNP il cui uso consente di distinguere tra le nove varietà sequenziale.
Questo set di marcatori SNPs fornisce un punto partenza, anche nella palma da dattero, per lo sviluppo di metodiche ad elevata processività per la genotipizzazione del germoplasma (Deulvot et al., 2010). Analisi recenti che si basano sulla citometria di flusso e sul confronto dello scaffold della bozza genomica contro una “batteria” fosmidica contenente l'intero genoma, suggeriscono una dimensione predetta del genoma nucleare della dactylifera di ~ 658 Mb. Il draft genomico sequenziato è stato calcolato essere di ~380 Mb, manca quindi approssimativamente il 40% del genoma totale, principalmente costituito da regioni ripetitive (Al-Dous et al., 2011). La figura 1.4 mostra un’albero filogenetico che comprende tutte le piante di importanza agronomica per le quali esistono, nelle banche dati, i loro genomi sequenziali. La palma da dattero è il primo membro delle Arecales e della famiglia delle Arecaceae per le quali è disponibile la sequenza del draft genomico. Esistono altre piante monocotiledoni con sequenze genomiche disponibili ma solo piante erbacee.
Pur essendo una delle piante con la storia di domesticazione più antica, agli inizi del 2010 erano presenti poco più di 100kbp di sequenze genomiche depositate in GeneBank e oltre al draft genomico in questi ultimi anni è stato sequenziato sia il genoma plastidiale, per una lunghezza di ~158Kbp (Yang et al., 2010) che quello mitocondriale, che è stato assemblato in una molecola circolare di 715 Kbp in lunghezza (Fang et al., 2012). Per quanto riguarda l'annotazione genica, sono state generate varie librerie a cDNA, sequenziate poi con piattaforme NG (next-generation), provenienti da vari
tessuti (foglie giovani e mature, radice, frutto, fiori e polloni) sia da piante femminili che maschili. Attraverso una specifica pipeline sono state predette le ORFs (open reading frame) per tutti i modelli genici per un totale che supera le 67500 predizioni, di cui il 73% con una ORF superiore ai 100 amminoacidi. Le ORF predette in silico sono state confrontate con i dati proteici presenti nel database Plant UniProt identificando 30850 modelli genici con porzione codificante intera e sono state validate in silico attraverso il mappaggio sul genoma assemblato di P.dactylifera. L'annotazione funzionale è stata eseguita allineando tutti i modelli genici contro vari database (NCBI e Plant UniProt) anche basandosi sui database di Gene Ontology (GO) e dell’Enciclopedia di Kyoto sui Geni e Genomi (KEGG). La distribuzione delle sequenze ortologhe è stata valutata in relazione a quattro genomi annotati, due monocotiledoni (O.sativa e R.
bicolor) e due dicotiledoni (A. thaliana e V. vinifera). I modelli genici di P. dactylifera hanno condiviso il 70% (47.930 sequenze) e 69,4% (47.089) con
gli ortologhi di riso e sorgo e il 68% (46.441) e il 69,3% (47.048) con le due dicotiledoni. E' stato trovato, inoltre, che 14880 modelli genici non allineano con i genomi di riferimento, e potrebbero rappresentare un “core” specifico della palma da dattero. Saranno necessarie ulteriori indagini a conferma del dato poiché le analisi basate sull'omologia sono sempre limitate dai parametri selezionati (Zhang et al., 2012).
Per quanto riguarda gli studi trascrittomici, il primo lavoro è stato eseguito confrontando gli mRNA del frutto della palma da olio e quella da dattero (Bourgis et al., 2011); successivamente, Yin e collaboratori (2012) hanno sequenziato il trascrittoma del frutto in sette stadi di maturazione, individuando una serie di geni associati alla fruttificazione, i loro livelli di espressione durante le varie fasi e le intricate attività metaboliche durante lo sviluppo e la maturazione del dattero.
Figura 1.6: Albero filogenetico delle più importanti specie agronomiche per le
quali è disponibile una bozza genomica sequenziata. In verde sono rappresentate le specie monocotiledoni (Fonte: Al Dous et al., 2011).