Il pane ha dato origine alla civiltà

Un importante studio internazionale del John Innesha Centre spiegato come il grano tenero abbia contribuito a trasformare il mondo antico nel suo percorso verso la cerealicoltura che oggi aiuta a sostenere una popolazione globale di otto miliardi di persone.

“I nostri risultati hanno fatto luce su un evento iconico nella nostra civiltà che ha creato un nuovo tipo di agricoltura e ha permesso agli esseri umani di stabilirsi e formare società”, ha detto il professor Brande Wulff, ricercatore di grano presso KAUST (King Abdullah University of Science and Technology) e uno degli autori principali dello studio che appare su Nature.

Il professor Cristobal Uauy, leader del gruppo presso il John Innes Centre e uno degli autori dello studio, ha dichiarato: “Questo lavoro esemplifica l’importanza della collaborazione globale e della condivisione di dati e sementi tra i paesi; possiamo ottenere così tanto combinando risorse e competenze tra gli istituti e oltre i confini internazionali”.

Il segreto del successo del grano tenero, secondo la ricerca degli istituti che compongono l'Open Wild Wheat Consortium (OWWC), risiede nella diversità genetica di un'erba selvatica chiamata Aegilops tauschii.

Il grano tenero è un ibrido tra tre erbe selvatiche contenenti tre genomi, (A, B e D) all'interno di una pianta complessa.

Aegilops tauschii, un'erbaccia altrimenti poco appariscente, ha fornito il D-genoma del grano di pane quando si è incrociato con il grano duro coltivato nella Mezzaluna Fertile tra otto e undicimila anni fa.

L’ibridazione casuale sulle rive del Mar Caspio meridionale ha generato una rivoluzione agricola. La coltivazione del grano tenero si è rapidamente diffusa in una vasta gamma di climi e terreni in quanto gli agricoltori hanno adottato con entusiasmo questa nuova coltura dinamica, con il suo alto contenuto di glutine che crea un impasto per la panificazione più elasticizzato.

Questo rapido progresso geografico ha sconcertato i ricercatori di grano. Non esiste il grano tenero selvatico: e il tipo di evento di ibridazione che ha aggiunto il nuovo genoma D ai genomi A e B esistenti del grano ha creato un collo di bottiglia genetico, per cui la nuova specie aveva una diversità genetica molto ridotta rispetto alle erbe selvatiche circostanti.

Questo effetto collo di bottiglia unito al fatto che il grano è una specie che si auto-impollina suggerirebbe che il grano tenero potrebbe aver avuto vita al di fuori delle sue origini della Mezzaluna Fertile. Quindi, come è diventato ben viaggiato e ampiamente adottato in tutta la regione?

Nel risolvere questo enigma, la collaborazione internazionale ha riunito un gruppo di diversità di 493 adesioni uniche che coprono la gamma geografica di Aegilops tauschii dalla Turchia nord-occidentale alla Cina orientale.

Da questo panel i ricercatori hanno selezionato 46 adesioni che riflettono i tratti delle specie e la diversità genetica, per creare un Pangenome, una mappa genetica di alta qualità di Aegilops tauschii.

Utilizzando questa mappa, hanno scansionato 80.000 razze di grano tenero - varietà adattate localmente - detenute da CIMMYT e raccolte da tutto il mondo.

Questi dati hanno mostrato che circa il 75% del grano D-genoma deriva dal lignaggio (L2) di Aegilops tauschii che proviene dal Mar Caspio meridionale. Il restante 25% della sua composizione genetica è derivato da lignaggi in tutta la sua gamma.

"Questo afflusso di materiale genetico da altri lignaggi di tauschii ha contribuito e definito il successo del grano tenero", ha detto il professor Simon Krattinger, autore principale dello studio.

“Senza la fattibilità genetica che questa diversità porta, molto probabilmente non mangeremmo il pane sulla scala che facciamo oggi. Altrimenti, il grano tenero oggi sarebbe una coltura regionale, importante per il Medio Oriente, ma dubito che sarebbe diventata dominante a livello globale senza questa plasticità che ha permesso all’adattamento del grano tenero”.

Un precedente studio di OWWC ha rivelato l'esistenza di un lignaggio distinto di Aegilops tauschii geograficamente limitato all'attuale Georgia nella regione del Caucaso - 500 chilometri dalla Mezzaluna Fertile. Questo lignaggio Aegilops tauschii (L3) è significativo perché ha fornito al frumento il gene più noto per la qualità dell'impasto.

In questo studio i ricercatori hanno ipotizzato che se si trattasse di un’introgressione storica, simile a un’impronta genetica di Neanderthal nel genoma umano, troverebbero razze terrestri nelle collezioni CIMMYT che ne avevano una percentuale più elevata.

L’analisi dei dati ha mostrato che le razze terrestri di grano CIMMYT raccolte dalla regione georgiana contenevano il 7% di introgressioni L3 nel genoma, sette volte superiore a quella delle razze di grano di grano raccolto dalla Mezzaluna Fertile.

“Abbiamo usato le adesioni L3 tauschii come porcellino d’India per tracciare e tracciare le ibridazioni usando 80.000 razze terrestri di grano di pane”, ha detto il professor Krattinger.

“I dati supportano magnificamente un quadro in cui il grano tenero emerge nel sud del Caspio, poi con la migrazione e l’espansione agricola ha raggiunto la Georgia e qui con il flusso genico e le ibridazioni con le peculiari, geneticamente distinte e geograficamente limitate aderisce che ha portato all’afflusso di nuovo materiale genetico”.

Oltre a risolvere questo secolare mistero biologico, il nuovo Pangenome open source di Aegilops tauschii e il germoplasma messi a disposizione dall’OWWC, vengono utilizzati da ricercatori e allevatori di tutto il mondo per scoprire nuovi geni di resistenza alle malattie che proteggeranno le colture di grano contro le piaghe agricole secolari come la ruggine del grano. Possono anche estrarre questa specie di erba selvatica per i geni resilienti al clima che possono essere allevati in cultivar di grano d'élite.

I ricercatori del John Innes Centre hanno lavorato a stretto contatto con i colleghi di KAUST utilizzando approcci bioinformatici per tracciare i livelli di DNA hanno contribuito al frumento del pane dalla stirpe L3 di Aegilops tauschii.

Il professor Uauy ha concluso: "Lo studio evidenzia l'importanza di mantenere le risorse genetiche come la GBSRC finanziata dalla germinazione RBSRC qui al John Innes Centre che mantiene collezioni storiche di erbe selvatiche che possono essere utilizzate per allevare tratti preziosi come la resistenza alle malattie e la resistenza ai parassiti nel grano moderno".