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Negli ultimi decenni lo sviluppo di nuove varietà di piante coltivate si è sempre più basato sull’accumularsi di conoscenze riguardanti i geni responsabili dei caratteri che conferiscono alle colture un elevato valore aggiunto, nutrizionale, salutistico o industriale. I casi-studio che vengono presentati riguardano tre importanti colture: il pomodoro, l’arancio e la patata. Nel pomodoro, sono noti da tempo numerosi mutanti con perdita o guadagno di funzione in diversi passaggi enzimatici della via biosintetica dei carotenoidi, composti a elevato valore nutrizionale e salutistico presenti in abbondanza nella bacca (ad esempio il licopene). Tali mutanti hanno fenotipi specifici, determinati dall’accumulo dei carotenoidi a valle e/o a monte del punto in cui si trova la funzione enzimatica mutata. Oltre ad aver costituito un importante strumento per la comprensione della via di sintesi dei carotenoidi, questi mutanti hanno un potenziale valore nutrizionale e costituiscono la base per molte innovazioni varietali. L’arancio rosso, un importante prodotto IGP italiano, è tale essenzialmente perché un gene regolatore-chiave della biosintesi degli antociani (i composti che accumulandosi nel frutto conferiscono il caratteristico colore rosso) è presente in tutto il germoplasma dell’arancio, ma solo nella varietà rosse reca un elemento genetico trasponibile “aggiuntivo”; tale elemento conferisce al gene la possibilità di essere trascritto (anche con il concorso di basse temperature notturne), attivando così i geni strutturali per la biosintesi delle antocianine. Infine, la varietà di colore della pasta dei tuberi di patata, già da tempo sfruttata dai breeder, e dovuta anche in questo caso all’accumulo di alcuni carotenoidi nei tuberi, è stata studiata a livello genetico, consentendo di capire che alcuni geni-chiave che controllano la via biosintetica dei carotenoidi sono presenti nel germoplasma in numerose varianti alleliche, e che la presenza o combinazione di alcuni di questi alleli in specifici loci genici, determina l’accumulo (pasta gialla o giallo-arancio) o la mancanza (pasta bianca) di carotenoidi nel tubero. I casi studio presentati evidenziano quindi sia l’importanza della ricerca genetica per la comprensione dei tratti che conferiscono valore nutrizionale a un alimento, sia la necessità del mantenimento e dello studio del più ampio germoplasma possibile, allo scopo di introgredire caratteri e alleli utili nel corso del miglioramento genetico.
Development of plants for the production of biofortified food. Three cases. The increasing knowledge of the structure and function of the genes conferring to cultivated plants a high nutritional, health and qualitative value, is strongly influencing the development of new varieties. The cases of tomato, blood orange and potato are presented here. In tomato, several genotypes have been identified as gain- or loss-of-function mutants at different enzymatic steps of the carotenoid biosynthetic pathway; carotenoids, such as lycopene, have a high nutritional and health value, and tomato berries are particularly rich in these compounds, especially lycopene. The identified mutants have often specific phenotypes, determined by the accumulation of carotenoids down- or upstream of the point where the mutated function is located. The analysis of these mutants not only represented an important tool for the understanding of the biosynthetic pathway of carotenoids, but also have the potential for the development of new varieties nutritionally improved. Blood orange, an important Italian IGP product, has this specific phenotype due to a key regulator gene in the anthocyans biosynthetic pathway. This gene is always present in orange germplasm, but only in blood orange is also present a portion of a transposable genetic element, conferring to the gene the possibility to be effectively transcribed, activating the downstream structural genes for the biosynthesis of anthocyans and leading to the “blood” phenotype. The variability in the color of potato tubers, already well known and exploited by breeders, is due to accumulation of carotenoids in the tuber flesh. This variability has been studied from the genetical point of view, leading to the discovery in potato germplasm of several allelic variants for some key genes involved in carotenoid biosynthesis; the presence or combination of these alleles at specific loci determines the accumulation in the yellow or orange flesh of the tubers of selected carotenoids, and therefore its potential nutritional value. The cases presented here highlight the importance of genetic research for understanding the traits conferring nutritional and health value to the food; besides, it is underlined the importance of the maintainance and thourough analysis of a as wide as possible germplasm, with the aim to discover and introgress useful alleles in the cultivated plants.
