Pillole di Riso ep. 7: miglioramento genetico del riso

Il miglioramento genetico del riso: incroci come Vialone nano e arborio

Miglioramento genetico in Italia

La risicoltura italiana ha sempre avuto come esigenza prioritaria la disponibilità di nuove varietà più rispondenti alle richieste sia colturali sia del mercato.

Le ragioni che nel corso degli anni hanno determinato questa necessità riguardano soprattutto:

• l’incremento della capacità produttiva;
• la resistenza alle malattie (in particolar modo al brusone);
• la riduzione della durata del ciclo colturale;
• la riduzione della taglia (per migliorare il comportamento nei confronti dell’allettamento);
• la resistenza al freddo ed il vigore precoce, dato che l’area risicola italiana principale si estende a livello del 45° parallelo, risultando quindi la zona coltivata a riso più a nord del pianeta.

Tra le molteplici attività inerenti al miglioramento genetico del riso, senza dubbio la pratica dell’importazione di varietà dai Paesi esteri ha rappresentato la prima via ad essere esplorata.

Ad indirizzare il miglioramento genetico in questo senso, furono fondamentali, nella prima metà del XIX secolo, le epidemie di “brusone”, il cui agente causale è Pyricularia grisea, che rappresenta tutt’oggi la più grave patologia fungina del riso. Per riparare a tale flagello, i tecnici, gli agricoltori, gli organismi provinciali e lo stesso Ministero dell’Agricoltura compresero la necessità di importare e tentare di acclimatare nuovi risi dall’Oriente che fossero di aiuto per l’Italia. Iniziò così l’importazione di risi robusti, dotati di resistenza al brusone e in genere dotati di quei requisiti richiesti dalla coltura intensiva e dal mercato che lentamente andava aumentando d’importanza.

La selezione “massale”, o di selezione per linea pura operata su tali introduzioni, portò all’identificazione di nuove “razze”, prima fra tutte il Bertone, noto come padre delle varietà di riso italiano in quanto prima fonte di resistenza al “brusone” e che risollevò le sorti della risicoltura nazionale.

Nel Congresso Risicolo di Novara nel 1901, seguito da quello di Mortara nel 1903, vennero dati un elenco di 41 razze di riso coltivate in Italia, completato nel 1905 a 44 razze. In questo elenco comparve per la prima volta il Chinese Originario, pietra miliare della risicoltura italiana, importato attorno al 1901 dal Giappone dal direttore delle Riserie Italiane di Trieste.

Il sacco di semente venne diviso tra vari agricoltori, i quali ne fecero selezioni personali, tra le quali una ebbe particolare fortuna: una selezione effettuata nel 1902 da un risicoltore vercellese che in seguito divenne l’Originario, che ebbe vita lunga restando in coltivazione fino alla fine degli anni ’60, con superfici mai più raggiunte da altre.

Dal Chinese Originario i risicoltori trassero per selezione molte varietà interessanti: nel 1915 il Precoce a ciclo più breve, così come l’Allorio e nel ’27 il Pierrot mentre nel 1924 l’Ardito o Balilla, un riso a granello tondo ancora oggi di ampia coltivazione.

Alcuni nomi restarono nella tradizione come il Maratelli, varietà storica, tutt’ora in produzione, scoperta da Mario Maratelli nell'agosto dell'anno 1914 ed iscritta nel 1919.

Nel 1907, su proposta formale presentata dal marchese Vincenzo Ricci iniziò l’iter burocratico che portò nell’anno successivo alla fondazione della Stazione sperimentale di risicoltura e delle colture irrigue.

La Stazione, alla cui costituzione contribuirono Enti pubblici e privati, ebbe un ruolo determinante nel processo dell’evoluzione varietale del riso italiano e divenne per molto tempo l’istituzione scientifica principale in Italia per il miglioramento genetico del riso. Nel primo decennio di vita della Stazione, alla Direzione si avvicendarono diversi funzionari, dei quali Giovanni Sampietro è forse il più conosciuto perché al suo nome è legato l’inizio della costituzione varietale effettuata per incrocio.

Nascono le prime linee di incroci e ne vengono iniziati altri con un tipo di riso spontaneo a taglia corta che viene chiamato Nano, rinvenuto nel 1912 all’interno di una risaia di Chinese Originario, probabilmente per effetto di una mutazione naturale. Proprio dall’incrocio Vialone × Nano, nel 1937 si originerà la varietà Vialone Nano che a tutt’oggi è la varietà di eccellenza del veronese, ed artefice della Fiera del Riso ad Isola della Scala (VR) dal 1967.

Accanto al settore dei risi derivati dagli incroci artificiali si sviluppa il settore della selezione per linee pure, curato da Riccardo Chiappelli, che lavora con la razza americana Lady Wright, importata dalla Stazione sperimentale nel 1925.

L’importanza di Lady Wright nella storia della nostra risicoltura è notevole in quanto essa è considerata la madre dei risi italiani a granello lungo e cristallino. Questa razza, caratterizzata da elevata instabilità e continue disgiunzioni, offriva un materiale eccellente per effettuare selezione di linee con caratteristiche diverse. Essa fu la prima varietà cariosside allungata, detta di tipo Carolina che, a seguito di selezioni e incroci con altre razze, permise la costituzione di una serie di varietà a grana lunga: Sesia e Stirpe 136, Razza 82, Rinaldo Bersani o RiBe, Arborio, Razza 77 e, molto più tardi, Baldo.

L’evoluzione varietale sin qui descritta si era svolta sotto la spinta della necessità di costituire varietà più produttive alle nostre latitudini e più resistenti alle limitazioni ambientali – per esempio le basse temperature primaverili – e alle malattie. Il miglioramento genetico attuale tiene in maggiore considerazione, rispetto al passato, la stabilità produttiva, l’adattabilità a situazioni pedoclimatiche differenti e le caratteristiche qualitative del granello che fanno del riso forse una delle specie più differenziate circa la richiesta del consumatore e dell’industria.

Metodi nel miglioramento genetico

Fino al 1925 si pensava che la pianta di Riso fosse cleistogama, ossia si riproducesse solo per autoimpollinazione, processo che si verifica senza che avvenga l'apertura dei fiori; invece, si scoprì anche, per casualità, che il fiore si apre anche solo una volta nel suo ciclo vitale (autogama) e questo fenomeno aprì alla possibilità di sperimentare gli incroci, attingendo dal polline di altre varietà. Il passo iniziale, pertanto, nel miglioramento genetico del riso, come nelle altre specie, è il ricorso all’incrocio (ibridazione artificiale) fra due parentali recanti geni di interesse, al fine di sfruttare la ricombinazione genica per la selezione, nella risultante progenie, di individui dalle caratteristiche superiori.

Sequenza dell’ibridazione artificiale

Come viene la sequenza di ibridazione artificiale?

Premessa: innanzitutto, bisogna prendere le piante prima che si aprano ed in controluce si può capire quelle che non sono state ancora fecondate.

Poi le fasi in sequenza sono:

1) la pannocchia viene ridotta per eliminare i fiori non adeguatamente sviluppati;

2) aspetto della pannocchia ridotta;

3) ciascun fiore viene poi tagliato in modo da asportare la calotta: la castrazione consiste nell’asportare con una pinzetta le sei antere e avendo cura di non lacerare le due piumette del gineceo (apparato femminile);

4) dalle piante paterne “donatrici” si estrae il polline scuotendo le pannocchie sul foglio di carta;

5) con un pennellino si raccoglie il polline e si lascia cadere qualche granello di polline in ciascun fiore castrato;

6) la pannocchia fecondata viene poi protetta in un sacchetto preferibilmente di carta oleata.

Si procede poi al riassortimento dei caratteri del padre e della madre come avviene per l’uomo ed animali.

E fu così che furono ottenute le principali varietà storiche alcuni dei quali ancora tutt'ora in commercio come il Vialone Nano che fu la prima varietà storica incrociata in assoluto, ottenuta dall’incrocio tra la varietà Nano e quella Vialone nella stazione sperimentale Vercelli nel 1937 oppure Carnaroli che fu incrociato tra le varietà Vialone e Lencino nel 1945 da Achille De Vecchi, oppure ancora la varietà Arborio che la più conosciuta all'estero tra le varietà italiane incrociata tra Vialone e Ladywright, incrociata da Domenico Marchetti nel 1946 proprio nel paese di Arborio, in provincia di Vercelli, da cui la denominazione della varietà.

Incrocio e selezione

In generale, i progressi della selezione genetica sono legati alla presenza di variabilità nelle popolazioni disponibili da cui trarre i parentali per l’incrocio iniziale. Questa, a sua volta, è influenzata dalla storia selettiva del germoplasma (*) prevalente nella popolazione. La pianta di riso è caratterizzata da una grande variabilità genetica per caratteri morfologici, biochimici e fisiologici. L’impiego pratico di questa variabilità, teso al perfezionamento delle caratteristiche qualitative, produttive e agronomiche, ha permesso l’ottenimento di risultati positivi. Il riso, inoltre, che è coltivato in tutte le aree rurali del mondo, a latitudini molto diverse, esplica nell’oryza (**) un’enorme potenzialità genetica.

Schema del processo di breeding convenzionale

Metodi di selezione del riso

Le metodologie di selezione più utilizzate dai “breeders” (***) risultano:

- il metodo pedigree che si basa su una selezione visiva che mira a scegliere nella popolazione segregante i tipi migliori per i caratteri ricercati. È particolarmente efficace per i caratteri ad alta ereditabilità come altezza della pianta, ciclo colturale, tipologia di pannocchia ecc. La selezione condotta per caratteri a bassa ereditabilità come la produzione e le sue componenti risulta invece difficoltosa a seguito della notevole influenza esercitata dall’ambiente su questi caratteri;

- il metodo bulk (o popolazione riunita) che consente di posticipare la scelta dei tipi migliori quando i genotipi hanno raggiunto un sufficiente grado di “omozigosi” (****) facendo affidamento sull’azione selettiva esercitata dall’ambiente;

- il metodo SSD (Single Seed Descent) che consente di ovviare ai problemi del metodo pedigree relativi alla selezione eseguita in F2 (immagine sopra) su materiali altamente eterozigoti, rinviando tale selezione fino alla F5-F6 (immagine sopra). Rispetto al "metodo bulk", anziché raccogliere un pool di semi che verranno riseminati l’anno seguente, nel SSD il passaggio tra una generazione e quella successiva avviene raccogliendo un singolo seme per ciascuna pianta F2 (immagine sopra). In questo modo risulta possibile portare avanti un elevato numero di genotipi per generazione;

- il rincrocio (backcross) che è considerato come la migliore strategia per l’introduzione di uno o pochi geni all’interno del genoma di una varietà o linea dall’elevato valore agronomico, ma deficitaria per alcuni caratteri. Nel riso tale metodologia risulta ampiamente sfruttata per l’introgressione di caratteri come resistenza alle malattie o agli insetti.

Esempi di varietà più conosciute ottenute con metodo di selezione sono: il Maratelli, il Balilla, il Gigante Vercelli, il S. Andrea.

Germoplasma e banca dati

Con il termine germoplasma si intende la risorsa genetica propria di ogni specie, varietà, razza, ecc. che compongono la biodiversità sia a livello globale che su scala locale.
Il germoplasma è quindi la banca dei genomi presente in natura ma anche conservati in particolari centri di conservazione, sia in pieno campo che in vitro.
La conservazione del germoplasma consente pertanto di salvaguardare l’erosione della biodiversità minacciata, in questa epoca, dai modelli sociali ed economici antropici e dai cambiamenti climatici.

Esistono pertanto le "banche del germoplasma" che sono dei luoghi dove vengono conservati i semi per preservare la biodiversità vegetale. Qui entra in gioco anche dell’Ente Nazionale Risi per il quale, uno dei compiti istituzionali, è la gestione della "banca del germoplasma" situata presso il Centro Ricerche sul Riso di Castello d’Agogna. Tale banca è caratterizzata da una collezione di circa 1300 differenti accessioni di riso e assume un alto valore storico in quanto rappresenta la testimonianza del progresso che negli anni è stato portato avanti nel settore risicolo; essa infatti contiene il germoplasma conservato di tutte le varietà coltivate in Italia dalla metà del 1800 ad oggi.
La banca non ha esclusivamente una funzione conservativa cioè di salvaguardia del patrimonio genetico delle varietà di riso. L’avere a disposizione un materiale genetico, di cui si conosce perfettamente il germoplasma, permette infatti ai ricercatori del Centro Ricerche di impostare al meglio i programmi di miglioramento genetico e di sviluppare nuove cultivar di riso partendo da basi perfettamente conosciute.

È questo il motivo per il quale tale banca, attualmente custodita in una cella di conservazione del Centro Ricerche, viene sottoposta a periodici controlli; quando una varietà rivela un notevole abbassamento della germinabilità, viene estratta dalla cella, riseminata e riposta nuovamente in conservazione. Le differenti combinazioni di geni, che determinano le diversità delle varietà conservate presso la Banca, sono state e sono tuttora la base del miglioramento genetico del riso curato dal Centro Ricerche sul Riso.

Legenda:

(*) germoplasma: si intende la risorsa genetica propria di ogni specie, varietà, razza, ecc. che compongono la biodiversità sia a livello globale che su scala locale; il germoplasma è quindi la banca dei genomi presente in natura ma anche conservati in particolari centri di conservazione, sia in pieno campo che in vitro.

(**) oryza: genere vegetale appartenente alla famiglia delle Poaceae, a cui come abbiamo visto nell’ep. 1 appartiene il riso

(***) breeders: si occupano di incrociare le varietà esistenti o meglio selezionano le piante che presentano le caratteristiche desiderate (fenotipi) e le incrociano nel tentativo di generare nuove genetiche ottimizzate per un determinato scopo. Ma un buon breeder è quello che sa meglio scartare più che selezionare.

(****) omozigosi: condiziona propria di un organismo che presenta due geni i quali, oltre a codifica per lo stesso carattere, determinano entrambi il fenotipo (*****)

(*****) fenotipo: l’insieme delle caratteristiche morfologiche e funzionali di un organismo.

Alla prossima Pillola di Riso!

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