Quindici anni fa, gli scienziati hanno annunciato di aver terminato il sequenziamento del genoma umano, un compito monumentale che ha richiesto decenni di ricerca e miliardi di dollari. Dopo ciò sembrerebbe forse come mappare la genetica di una pianta sedentaria sarebbe facile. Ma non era affatto così. Si scopre che il DNA del buon vecchio pane di varietà di grano da giardino è un pasticcio complicato e complicato, e decifrare il codice sembrava un'impresa impossibile - fino ad ora.
I ricercatori hanno infine sequenziato il genoma del grano, una svolta che potrebbe portare a innovazioni come varietà resistenti alla siccità e ricche di vitamine, riferisce Ed Yong all'Atlantico.
Yong spiega che il genoma del grano è così complesso perché geneticamente sono tre specie in una. Circa 500.000 anni fa, due degli antenati del grano si ibridarono naturalmente, creando grano di farro selvatico. Quando i primi agricoltori umani hanno addomesticato la pianta, un'altra specie di erba strettamente correlata ha anche aggiunto materiale genetico alla miscela. Ciò significa che il genoma ha tre coppie di ogni cromosoma. Significa anche che rispetto al genoma umano, che ha 3 miliardi di nucleotidi, o lettere genetiche, il grano ha 16 miliardi. E solo un cromosoma, dice Yong, è più grande dell'intero genoma della soia. L'intero genoma, composto da 21 cromosomi, ha anche elementi ripetitivi confusi, che costituiscono l'85 percento della sequenza.
Lo sforzo di comprendere il DNA del grano era grande quanto il genoma stesso. Secondo Elizabeth Pennisi presso Science, ci sono voluti 200 scienziati provenienti da 73 istituzioni in 20 paesi (aka l'International Wheat Genome Sequencing Consortium) in 13 anni e $ 75 milioni per spaccare il grano. Alla fine, il nuovo genoma di riferimento completamente annotato, pubblicato sulla rivista Science, include la posizione precisa di 107.891 geni e 4 milioni di marcatori molecolari da una varietà di grano di pane chiamata Primavera cinese.
Rudi Appels, un biologo molecolare di Agriculture Victoria in Australia, che fa parte del consorzio, afferma che quando il progetto è iniziato, molte persone credevano che il sequenziamento fosse impossibile. Ma il tempo e la tecnologia hanno reso il progetto una realtà. "Pensavo che il grano meritasse di essere ben definito come il genoma umano e quindi la tecnologia si è davvero sviluppata enormemente", dice a Melissa Davey di The Guardian. "All'improvviso, ciò che una volta era letteralmente impossibile sembrava realizzabile, e volevo essere lì e catturare nuove tecnologie non appena arrivarono."
L'allevamento di grano con metodi tradizionali è diventato notoriamente difficile a causa della complessa genetica della pianta. Il nuovo genoma di riferimento fornirà ai ricercatori una tabella di marcia su come migliorare la pianta. Le prime bozze del genoma hanno già avviato la ricerca sul grano. "Ciò che ci ha portato anni in passato ora ci porta una notte", dice a Pennisi Jorge Dubcovsky dell'Università della California, Davis. "È come camminare con una mappa di Google."
I ricercatori del John Innes Centre di Norwich, nel Regno Unito, hanno già utilizzato il genoma per identificare i geni per la dimensione del grano. Usando la tecnologia di editing genetico CRISPR sono stati in grado di produrre grano con chicchi del 20% più grandi del normale. Altre squadre stanno usando il genoma per produrre varietà che non hanno bisogno di svernare nel terreno per germogliare. Altri stanno esaminando i geni che rendono il grano meno vulnerabile agli insetti. I ricercatori stanno anche esaminando i geni che producono proteine che provocano allergie nella speranza di allevare grano ipoallergenico.
Il sequenziamento, per quanto difficile, era necessario. Molti agricoltori sono stati i primi sostenitori del progetto, e con buone ragioni. Attualmente, il grano costituisce circa il 20 percento di tutte le calorie consumate sulla Terra. Se la popolazione continuerà ad aumentare, gli agricoltori dovranno produrre sempre di più ogni anno per sostenere l'umanità entro il 2050. Ma convertire milioni di acri in terreni agricoli è costoso e avrebbe enormi conseguenze ambientali. Ciò significa che i guadagni devono provenire dal grano stesso, attraverso migliori varietà e una resistenza più dura agli elementi e agli insetti.
La speranza ora che il genoma sia disponibile è che il grano vedrà alcuni dei boom innovativi che altre colture hanno sperimentato, incluso il mais, il cui genoma è stato pubblicato nel 2009 e il riso, che è stato completato nel 2005.
