Come MGI promuove l'agrigenomica e la sostenibilità alimentare con la tecnologia di sequenziamento: un case study australiano
(Adnkronos) - PERTH, Australia, 26 luglio 2023 /PRNewswire/ -- Sulla scia del recente Stocktaking Moment di UN Food Systems +2 a Roma, i riflettori sulla sicurezza alimentare globale non sono mai stati più importanti. Affrontare le sfide di una popolazione in crescita e di un clima in evoluzione richiede soluzioni innovative e un settore che si dimostra molto promettente è l'agrigenomica. In particolare, la collaborazione tra il Professor Rajeev Varshney e MGI rappresenta un esempio brillante di come la genomica stia rivoluzionando l'agricoltura.
I progressi nel sequenziamento del genoma nell'ultimo decennio hanno permesso di ottenere notevoli benefici all'agricoltura e alla sicurezza alimentare. Grazie ai progressi genomici, gli scienziati non solo sono in grado di comprendere meglio le caratteristiche delle colture, ma godono anche di un più rapido processo di miglioramento delle varietà. Grazie a un sequenziamento economico, a dati di alta qualità e a un flusso di lavoro "all-in-one" davvero efficiente, MGI ha contribuito ad accelerare e ad elevare la ricerca su colture importanti in Australia e in altre regioni, nonché a partecipare al progresso dei sistemi alimentari sostenibili a livello globale.
L'agricoltura in un'Australia inaridita dalla siccità
L'orticoltura è il terzo più grande settore agricolo dell'Australia e la maggior parte degli agricoltori ha aziende agricole a conduzione familiare di piccole dimensioni. Con l'orticoltura in sofferenza idrica quasi ovunque nel mondo, gli agricoltori non si trovano ad affrontare solo nuove richieste da parte dei clienti, ma anche i cambiamenti climatici, la sicurezza alimentare e altre difficoltà del mondo agricolo. In alcuni Paesi in via di sviluppo, la produttività delle colture è molto bassa a causa della mancanza di tecnologie e di fondi e il problema può risultare ulteriormente esacerbato nelle zone colpite dalla siccità.
In qualità di esportatore chiave di prodotti ortofrutticoli, l'Australia deve rimanere competitiva sui vari mercati globali, sostenendo una produzione maggiore e con colture resistenti alle malattie, migliorando nel contempo la redditività e le possibilità di sostentamento degli agricoltori. Inoltre, gli agricoltori ortofrutticoli stanno imparando ad adattare delle pratiche agricole proprie per diventare più produttivi ed economicamente resilienti.
La genomica è una soluzione fondamentale per migliorare la produzione delle colture e offrire una migliore sicurezza alimentare a livello globale. Applicando la genomica possiamo identificare i geni responsabili di una maggiore resa e della tolleranza alla siccità e alla resilienza a sollecitazioni abiotiche e biotecnologiche diverse. Inoltre, i programmi di riproduzione possono diventare più efficienti e sostenibili con l'aiuto delle soluzioni genetiche ed è possibile sviluppare più varietà superiori sulla base dei dati genetici.
Tuttavia, la verità è che alcune colture orticole, come banane, ananas, papaya, mele cannella e frutto della passione, sono prive di risorse genomiche di base o non vengono utilizzate nei programmi di riproduzione. Fino ad oggi, i costi sono stati uno dei principali ostacoli all'adozione generalizzata della genomica in tali colture. Pertanto, sfruttando la piattaforma altamente accessibile di MGI, oggi gli scienziati possono accedere a tecnologie di sequenziamento altamente efficienti e all'avanguardia a costo competitivo, anche per i Paesi in via di sviluppo, e sfruttare appieno il potenziale dell'agrigenomica.
Una partnership proficua che dura da oltre sette anni
Fin dall'inizio, MGI ha lavorato col professor Rajeev Varshney, Fellow della Royal Society e direttore del Center for Crop and Food Innovation presso la Murdoch University (MU) in Australia occidentale. Leader riconosciuto a livello mondiale nel sequenziamento del genoma, nella catalogazione e nell'utilizzo della diversità genetica, nella riproduzione assistita dalla genomica, nel sistema di semina e nello sviluppo delle capacità in agricoltura, il Prof. Varshney è un formidabile sostenitore di MGI sin di tempi in cui era presso l'International Crops Research Institute for Semi-Arid Tropics (ICRISAT) in India, dove si dedicava alla decodifica delle principali colture tropicali orfane e alla creazione di risorse genomiche rilevanti in tutta l'Asia e l'Africa.
Sin dal 2011, mentre era al ICRISAT, il Professor Varshney ha guidato il sequenziamento del genoma del fagiolo caiano, una coltura importante in molti Paesi in via di sviluppo, e ha presentato un genoma di riferimento di alta qualità per questa coltura, che da allora è stato utilizzato dai ricercatori per studiarne la genetica e la biologia. Successivamente, con l'obiettivo di espandere le fonti alimentari resistenti ai cambiamenti climatici del mondo, ha identificato dei geni in base alla loro tolleranza alla siccità e al calore, sequenziando 429 linee di ceci provenienti da 45 Paesi nel corso di tre anni, fornendo informazioni che consentirebbero di sviluppare nuove varietà di ceci con rese più elevate, insieme a varietà resistenti alle malattie e ai parassiti e meglio in grado di resistere ai capricci meteorologici.
Nel suo costante lavoro sul miglioramento della sicurezza alimentare e nutrizionale In India e in molti altri Paesi in Africa e Asia, il Prof. Varshney ha fatto affidamento sulle piattaforme MGI basate sulla sua tecnologia proprietaria di sequenziamento DNBSEQ™ citandone i principali vantaggi: precisione, riduzione dei livelli di duplicazione e un tasso di index hopping incredibilmente basso. Nel 2021 il team ha condotto il risequenziamento su larga scala di 3,366 genomi di ceci e ha generato un quadro completo della variabilità genetica all'interno dei ceci, oltre a una comprovata roadmap per l'uso delle conoscenze e delle risorse genomiche per migliorarne la coltura.
Più di recente, il Prof. Varshney ha collaborato con MGI al sequenziamento di 10.225 ceci, che rappresenta il più grande sforzo del genere per le colture che utilizzano la piattaforma MGI. Lo scorso anno, invece, il Prof. Varshney ha aggiunto i dati stLFR di 26 soggetti sulla base di DNBSEQ-T7* in Australia per sviluppare il pangenoma per l'analisi di 10.225 individui e i dati emersi sono notevoli. Lo sforzo congiunto della ricerca del Prof. Varshney e di MGI ha generato più di 17 pubblicazioni, tra cui sette articoli che sono stati pubblicati nella serie CNS, e persino sulla rivista Nature.
La ricerca sui ceci è particolarmente significativa, in quanto la coltura rappresenta un'importante fonte proteica e la sua produzione si colloca al terzo posto a livello globale. Tuttavia, negli ultimi cinquant'anni le rese globali dei legumi sono risultate in stagnazione, contribuendo a una bassa disponibilità pro capite di tali alimenti e a livelli elevati di malnutrizione nei Paesi in via di sviluppo. Inoltre, la siccità e l'aumento delle temperature hanno causato la perdita di più del 70% della produzione globale di ceci.
Le mappe globali generate hanno permesso l'identificazione di un gran numero di differenze genetiche, l'analisi dell'evoluzione genetica e la previsione dei geni candidati. Gli scienziati sono in grado di sviluppare risorse genomiche di alta qualità nelle cosiddette colture di legumi orfani, il che permette di identificare efficacemente i geni correlati alla tolleranza alla siccità. Questi geni sono stati utilizzati anche per sviluppare delle linee superiori in India, Etiopia, Kenya e Tanzania, e dopo il test di queste linee in varie zone di diversi Paesi in via di sviluppo sono state presentate oltre 10 diverse varianti tolleranti alla siccità e registrate esenti dalla malattia.
Per molti Paesi in via di sviluppo, la capacità di utilizzare e sequenziare i dati per il miglioramento delle colture a costi relativamente bassi è fondamentale per affrontare i numerosi fattori che influenzano la produttività agricola. Su questo fronte, la tecnologia di sequenziamento economicamente vantaggiosa di MGI contribuisce a migliorare la nostra comprensione della genetica vegetale e della genomica, contribuendo allo sviluppo di preziose risorse genomiche per importanti colture alimentari e ponendo fine alla fame nel mondo.
I più recenti progressi resi possibili da MGI
Quest'anno, guidato dal Prof. Varshney, il Western Australian State Agricultural Biotechnology Centre (SABC) presso MU sta istituendo la piattaforma di genomica avanzata SABC Advanced Genomics Platform per ulteriori ricerche sulla genomica delle colture al fine di mantenere gli agricoltori australiani competitivi sul mercato globale. L'iniziativa mira inizialmente a studiare il materiale genetico contenuto nelle cellule vegetali per migliorare la qualità e la resilienza di cinque frutti: banana, ananas, papaya, mela cannella e frutto della passione. I dati genetici e le informazioni prodotte saranno resi disponibili per i riproduttori e i coltivatori attraverso una banca dati disponibile al pubblico, che consentirà ai riproduttori di individuare più rapidamente le caratteristiche rilevanti e, in ultima analisi, darà ai coltivatori dei vantaggi attraverso lo sviluppo di varietà più produttive in tempi più brevi. La SABC-Advanced Genomics Platform sarà poi disponibile per l'uso su altre colture su vasta scala e per l'orticoltura.
La piattaforma emergente sarà resa possibile da un flusso di lavoro end-to-end composto dal sistema automatizzato di preparazione dei campioni MGISP-960 ad alta produttività di MGI, dal sequenziatore genetico ad alto rendimento DNBSEQ-T7 * e dalla piattaforma all-in-one per i dati genetici di ZTRON. Allo scopo di assemblare i dati del sequenziamento del genoma intero (WGS) e di intraprendere la raccolta di germoplasma australiano da WGS per tutte queste cinque colture, DNBSEQ-T7 * offre la capacità di fornire una resa estremamente elevata di dati di sequenziamento affidabili e di alta qualità a una frazione del costo con tempi di consegna rapidi (fino a 7 TB al giorno). Attraverso un sequenziamento più profondo, veloce e accurato, il Prof. Varshney e il suo team sono ansiosi di aumentare in modo significativo il numero di campioni che possono analizzare e di scoprire nuove possibilità di ricerca a un costo di gran lunga inferiore.
"Durante la mia collaborazione con MGI, ho assistito alla continua evoluzione della loro tecnologia di sequenziamento a prezzi competitivi, tecnologia che può essere utilizzata su centinaia di migliaia di genomi in un periodo di tempo relativamente breve. I loro prodotti sono fondamentali per il ruolo importante che hanno nell'accelerazione della scienza di base e nell'applicazione pratica della genomica per migliorare l'agricoltura, sia nei Paesi sviluppati che in quelli in via di sviluppo", ha spiegato il Prof. Varshney. "MGI non è solo un fornitore di servizi, ma un vero e proprio collaboratore nel responsabilizzare gli scienziati e nel promuovere lo sviluppo scientifico".
In futuro, MGI continuerà a dare forza al lavoro del Prof. Varshney e del suo team nella MUper lo sviluppo di prodotti agricoli di alta qualità, sicuri e sostenibili e per l'aumento della competitività del settore agricolo australiano (sia per le colture in campo aperto che per quelle orticole) con i suoi strumenti all'avanguardia per le scienze naturali. In qualità di partner di fiducia nelle innovazioni in scienze naturali, MGI continuerà a guidare la ricerca agrigenomica e lo sviluppo del settore, aiutando così i produttori a vincere le sfide e a migliorare le prestazioni e il valore di colture importanti per aumentare la sicurezza alimentare globale.
*Salvo diversa indicazione, i reagenti di sequenziamento StandardMPS e CoolMPS e i sequenziatori da utilizzare con tali reagenti non sono disponibili in Germania, Spagna, Regno Unito, Svezia, Italia, Repubblica Ceca, Svizzera e Hong Kong (CoolMPS è disponibile a Hong Kong).
*I prodotti sono forniti esclusivamente a scopo di ricerca. Non per l'uso in procedure diagnostiche (ad eccezione di quanto specificamente indicato).
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