Notizie dal Gruppo di Lavoro SOI “Micropropagazione e tecnologie in vitro”

Un’importante applicazione della coltura in vitro: la tecnologia dell’incapsulamento e la produzione di semi sintetici.

Plantula da seme sintetico Negli ultimi anni, le tecniche di coltura in vitro sono state sempre più diffusamente impiegate in campo vivaistico per la rapida propagazione massale di piante sane e geneticamente rispondenti, per la diffusione e lo scambio di materiale vegetale, oltre che in programmi di miglioramento genetico, di risanamento e di salvaguardia del germoplasma. Tuttavia, il ricorso a materiale micropropagato, prodotto in condizioni di asepsi, poco maneggevole ed inadatto alle consuete pratiche di stoccaggio e di trasporto, sottoposto a rischio di deperimento o danneggiamento durante la movimentazione, sembra presentare dei limiti, soprattutto di tipo economico. A tale proposito, una nuova tecnologia, in grado di riunire in un unico prodotto i vantaggi della propagazione in vitro e la semplicità di manipolazione e conservazione che caratterizzano i semi gamici, risulta quella dell'incapsulamento di propaguli vitro-derivati (embrioni somatici, microbulbi, protocormi, frammenti di radici o di rizomi, apici meristematìci o microtalee, cioè porzioni uninodali dotate  di  gemme  ascellari  o  di  gemma  apicale), che, mediante un processo di gelificazione per scambio ionico tra un agente incapsulante (alginato di sodio), disciolto in una formulazione nutritiva (endosperma artificiale), e un agente complessante (cloruro di calcio), rimangono racchiusi in una matrice avente duplice funzione: trofica e protettiva. Dagli studi più recenti, condotti presso il Laboratorio di colture in vitro del Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali dell'Università degli Studi di Perugia, è emersa la possibilità di ottenere due tipologie di prodotto finale: trattasi di capsule e semi sintetici che, caratterizzati da dimensioni ridotte (4-6 millimetri di diametro), si differenziano essenzialmente perché le prime, ottenute dall'incapsulamento di propaguli unipolari, sono in grado di sviluppare germogli, quando poste e mantenute in opportune condizioni di coltura, mente i semi sintetici sono in grado di evolvere in una plantula completa (conversione). Il concetto di seme sintetico nacque con Murashige (1977), che avanzò l'ipotesi di poter utilizzare l'embriogenesi somatica a fini applicativi e, successivamente, formulò la prima definizione di synthetic seed, che però limitava il campo di applicazione dell'incapsulamento solo a quelle specie per le quali si disponesse di un idoneo protocollo di rigenerazione di embrioni somatici (propaguli bipolari). Tuttavia, le possibilità applicative dell'embriogenesi somatica sembrano vincolate alla risoluzione di alcune problematiche, quali la sincronizzazione dello sviluppo degli embrioni somatici, i bassi livelli di conversione dei semi sintetici e la variabilità somaclonale, che rappresenta il limite maggiore all'impiego degli embrioni somatici nell'attività vivaistica. La definizione di seme sintetico ha, quindi, subito ulteriori evoluzioni, fino ad estendere il concetto all'impiego di qualsiasi propagulo vitro-derivato che, posto in opportune condizioni (in vitro o in vivo), è in grado di evolvere in plantula. Allo stato attuale delle ricerche, interessanti sembrano essere le potenzialità applicative della tecnologia dell'incapsulamento, in quanto le capsule potrebbero essere utilizzate per lo stoccaggio, il trasporto e lo scambio di germoplasma tra laboratori, offrendo la possibilità di ripristinare velocemente cicli di micropropagazione ed ‘elasticizzare' l'organizzazione produttiva dei laboratori commerciali, mentre i semi sintetici potrebbero trovare impiego anche nelle tradizionali strutture vivaistiche, al pari di ciò che avviene per i semi gamici. Ciò, tuttavia, presuppone il superamento di problematiche legate essenzialmente a: 1) ottimizzazione di procedure idonee ad indurre la formazione ex-novo del meristema radicale, di cui i propaguli unipolari sono privi; 2) incremento della protezione del propagulo incapsulato da patogeni fungini e/o batterici, per conseguire la conversione anche in ambienti non sterili (ex vitro), verificando la possibilità di aggiungere all'agente incapsulante specifici prodotti, di effettuare trattamenti di "concia" pre-semina o trattamenti specifici al letto di semina oppure ricorrere ad antagonisti biologici; 3) riduzione degli oneri dovuti agli interventi manuali per la preparazione dei propaguli vitro-derivati, che sembrano ridurre la possibilità applicativa della tecnologia dell'incapsulamento su scala industriale o, quantomeno, limitarne l'utilizzo a genotipi di elevato valore commerciale (novità varietali, ibridi, ecc.). Le altre fasi dell'incapsulamento possono, invece, già essere automatizzate, mediante procedure e tecnologie assimilabili a quelle che da tempo vengono impiegate nella microbiologia alimentare e nell'industria enologica. Infine, è ipotizzabile, anche in tempi relativamente brevi, l'applicazione della tecnologia dell'incapsulamento alla salvaguardia della biodiversità vegetale. Numerosi sono, infatti, i gruppi di ricerca che hanno messo a punto efficienti protocolli che, sfruttando la possibilità di ricoprire i propaguli di una struttura di conservazione come la matrice incapsulante, adatta a preservarne inalterata la vitalità, consentono di mantenere capsule e semi sintetici a temperature basse e/o ultrabasse (crioconservazione) nella realizzazione di banche del germoplasma vegetale. Maurizio Micheli (maurizio.micheli@unipg.it), Alvaro Standardi (asep@unipg.it) Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali, Università degli Studi di Perugia (questa nota apparirà anche sulla Newsletter n° 2 del Gruppo di Lavoro)

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