Ris8timo è il progetto che segna una svolta nella coltivazione del riso grazie all’adozione delle Tecniche di Evoluzione Assistita (TEA). L’utilizzo di metodi biotecnologici avanzati, che comprendono strumenti come il CRISPR-Cas9, permette di migliorare geneticamente le colture in modo mirato e sostenibile. Ris8timo punta a creare varietà di riso più resistenti a malattie, stress ambientali e cambiamenti climatici, preservando al contempo qualità organolettiche e produttività. A parlarci di questo progetto nell’ultimo incontro di Caffè Scienza è la Professoressa Vittoria Brambilla che ha mostrato al pubblico cosa sono le TEA e come ha avuto inizio la prima sperimentazione italiana in campo aperto di piante di riso ottenute mediante questa tecnica.
Vittoria Brambilla è laureata in Scienze Biologiche e ha conseguito il dottorato di ricerca in Biologia Vegetale tra l’Università degli Studi di Milano e l’Università di Dusseldorf. Ha lavorato come ricercatrice post-doc al Max Planck Institute for Plant Breeding Research di Colonia e al Dipartimento di Bioscienze dell’Università degli Studi di Milano. Oggi è Professoressa Associata presso il Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali – Produzione, Territorio, Agroenergia, dell’Università di Milano. Nel suo laboratorio porta avanti studi genetici di base e applicati per il miglioramento del riso, anche tramite strumenti biotecnologici, tra cui CRISPR-Cas9.
Per comprendere le tecniche utilizzate per produrre Ris8timo, è utile partire dal concetto di coevoluzione, un fenomeno biologico fondamentale. In natura, esempi di coevoluzione includono il rapporto tra afidi e formiche, in cui gli afidi si nutrono della linfa delle piante e le formiche ricavano da essi sostanze zuccherine; un altro esempio è quello delle orchidee, la cui forma dei fiori si è evoluta per ottimizzare l’impollinazione da parte di impollinatori specifici.
Anche l’uomo e le piante coltivate sono protagonisti di un processo di coevoluzione: le piante che consumiamo oggi non sono naturali, ma frutto di un’evoluzione guidata da noi per renderle più adatte alle nostre esigenze culinarie e nutritive. Allo stesso tempo, queste piante hanno influenzato il nostro sviluppo, favorendo la nascita di ricette, la vita sedentaria, la crescita delle città e il miglioramento delle condizioni di vita. La coevoluzione tra uomo e piante ha avuto inizio circa 10.000 anni fa, nel Neolitico, quando l’umanità abbandonò lo stile di vita da cacciatore-raccoglitore, salvo rare eccezioni, per dedicarsi all’agricoltura. Da allora, questa relazione ha continuato a evolversi: le piante sono diventate sempre più adatte alla coltivazione, mentre l’uomo ha progressivamente strutturato la propria vita attorno a colture altamente produttive e nutrienti, che consentono uno stile di vita sedentario e urbanizzato. Inizialmente, questo processo si basava su una selezione empirica e casuale delle varietà vegetali migliori, oggi, grazie ai progressi nella genetica e nelle biotecnologie, il miglioramento genetico delle piante si è trasformato in una pratica scientifica altamente avanzata. Oltre alle conoscenze del DNA e delle leggi dell’ereditarietà sviluppate nel secolo scorso, si dispone ora di strumenti innovativi che permettono interventi più precisi ed efficaci per rendere le piante ancora più funzionali alle esigenze umane.
La professoressa Brambilla ha illustrato come sia stato avviato un progetto di miglioramento genetico del riso, partendo dall’analisi di due varietà coltivate presso l’orto botanico di Città Studi a Milano. La prima è la varietà italiana Arborio, caratterizzata da un’altezza contenuta, alta produttività di granella rispetto alla scarsa produzione di foglie e un ciclo vegetativo adatto ai giorni lunghi dell’estate italiana, ideale per la produzione commerciale. La seconda è una varietà vietnamita, di grandi dimensioni e con radici robuste, capace di adattarsi ad ambienti aridi e terreni poveri di acqua. Sebbene meno produttiva, questa varietà è apprezzata per la sua elevata resistenza alla siccità. Nonostante le differenze, le due varietà presentano una vicinanza genetica che ha permesso di sviluppare un programma di incrocio genetico mirato con l’obiettivo di trasferire la resistenza alla siccità della varietà vietnamita alla Arborio, mantenendo le qualità produttive di quest’ultima. Il processo di sviluppo della nuova varietà, che mira a integrare le caratteristiche migliori di entrambe, richiede circa otto anni di ricerca. Le differenze fenotipiche delle piante, si sa essere determinate dalle variazioni nel genoma, e questo consente di tracciare le generazioni successive e monitorare i tratti desiderati, come la resistenza alla siccità, attraverso l’uso di marcatori molecolari. Tali marcatori permettono di identificare e mantenere le porzioni di DNA responsabili di questa resistenza, eliminando progressivamente le parti del genoma non necessarie sia della varietà esotica sia di quella italiana durante gli incroci. In passato, la comprensione delle basi genetiche dei tratti fenotipici era limitata. Tuttavia, oggi, grazie ai progressi della ricerca sul riso, in particolare nei laboratori di Cina e Giappone, sono noti molti aspetti delle basi genetiche e della funzione dei geni. Per esempio, è stato identificato il gene che conferisce alla varietà vietnamita la resistenza alla siccità grazie alle radici profonde. Questa conoscenza consente di bypassare i tradizionali incroci lenti, introducendo direttamente il gene desiderato nella varietà Arborio tramite tecniche avanzate come CRISPR-Cas9, note nel contesto delle piante come Tecniche di Evoluzione Assistita (TEA).
Le TEA sono così denominate per suscitare meno timori rispetto agli OGM, percepiti in passato come controversi. Queste tecniche, tra cui spicca la CRISPR-Cas9, consentono di modificare specificamente il carattere desiderato nelle piante di interesse, senza alterare altri aspetti del genoma. La CRISPR-Cas9 utilizza una proteina, la Cas9, derivata dal sistema immunitario dei batteri, combinata con un RNA guida programmabile. L’RNA guida esplora il genoma fino a trovare la sequenza bersaglio complementare, dove la Cas9 si lega, srotola il DNA e lo taglia. Questo meccanismo batterico, adattato per gli organismi superiori, è stato inizialmente testato in laboratorio, poi su cellule umane e infine sulle piante, dimostrando una grande efficacia. Dal 2012, quando la tecnologia è stata applicata per la prima volta, il gruppo di ricerca della professoressa Brambilla l’ha adottata con successo, continuando a utilizzarla per migliorare geneticamente le piante. La Cas9, una volta introdotta nelle cellule vegetali, permette di modificare diversi geni con l’obiettivo di sviluppare varietà migliorate in modo mirato ed efficace.
Il laboratorio della professoressa Brambilla, specializzato in biologia dello sviluppo, si dedica allo studio dei geni che regolano i processi di crescita delle piante. Tuttavia, l’applicazione delle tecniche CRISPR-Cas9 al miglioramento genetico del riso ha posto sfide comunicative, soprattutto nei confronti dell’opinione pubblica e delle autorità regolatorie, a causa del dibattito sugli OGM e per superare tali difficoltà, il gruppo ha scelto di concentrare le proprie ricerche su una problematica cruciale per il riso italiano e mondiale: il brusone, una malattia causata dal fungo patogeno Magnaporthe grisea (o Pyricularia oryzae). Il brusone è uno dei dieci patogeni più pericolosi per le coltivazioni globali e colpisce pesantemente anche l’Italia, il principale produttore di riso in Europa. L’infezione si manifesta con macchie rossastre sulle foglie e sulle pannocchie, compromettendo fino al 50% del raccolto annuale. La malattia è rapida e devastante e i trattamenti disponibili hanno un impatto ambientale significativo. Collaborando con esperti di patologie vegetali, il gruppo di ricerca ha identificato tre geni chiave nella varietà Arborio coltivata in Piemonte (Pi21, HMA1 e HMA2), che risultano essere responsabili della suscettibilità al fungo e utilizzando la tecnologia CRISPR-Cas9, questi geni sono stati inattivati, conferendo alla pianta una resistenza duratura al brusone. L’obiettivo del progetto era quello di fornire agli agricoltori varietà di riso più robuste, contribuendo a ridurre le perdite di raccolto e l’impatto ambientale dei trattamenti chimici.
Nel 2017, il gruppo della professoressa Brambilla aveva perciò sviluppato piante di riso resistenti al brusone e avrebbe voluto testarle in campo, ma questo proposito si scontrava con la legislazione del nostro paese. In Italia, infatti, è vietata la coltivazione sperimentale di OGM, e non era chiaro se le piante ottenute con TEA rientrassero o meno in questa categoria. Nel 2018, una sentenza della Corte di Giustizia Europea ha stabilito che le piante ottenute con biotecnologie come la CRISPR-Cas9 fossero da considerarsi OGM, vietandone l’utilizzo in campo aperto. Nel frattempo, in altri Paesi, la regolamentazione si evolveva diversamente: il Giappone, tradizionalmente contrario agli OGM, iniziava a commercializzare prodotti realizzati con CRISPR-Cas9, come pomodori e pesci, mentre in Europa permanevano restrizioni rigide. Il gruppo della professoressa Brambilla, insieme ad altri ricercatori, ha continuato a sostenere l’importanza delle TEA, avviando campagne di sensibilizzazione che culminarono in un sondaggio europeo. I risultati furono chiari: il 79% dei cittadini si dichiarò favorevole alle TEA, riconoscendole come strumenti diversi dagli OGM e utili per affrontare sfide agricole e ambientali. Un cambio di rotta è arrivato in Italia con il Decreto Siccità del 14 aprile 2023, che ha autorizzato sperimentazioni in campo aperto su piante geneticamente migliorate tramite tecniche di editing genomico, incluse le TEA. La legge prevedeva l’emissione deliberata nell’ambiente di questi organismi per scopi scientifici fino al 31 dicembre 2024. Grazie a un finanziamento filantropico e al supporto del Ministero dell’Ambiente, il gruppo ha ottenuto l’autorizzazione il 27 marzo 2024. La prima sperimentazione italiana in campo aperto di riso migliorato con TEA è iniziata il 13 maggio 2024, in provincia di Pavia. Questo evento ha suscitato un acceso dibattito politico e mediatico, segnando un momento storico per la ricerca agricola in Italia.
Il progetto Ris8timo rappresenta un punto di svolta per il miglioramento genetico delle colture, dimostrando come le TEA possano offrire soluzioni sostenibili ed efficaci alle sfide dell’agricoltura moderna. La prima sperimentazione in campo aperto di riso migliorato con TEA non è solo un successo scientifico, ma anche un segnale di apertura verso l’innovazione e il dialogo tra scienza, politica e società. Come detto dalla professoressa Brambilla la scienza non può rimanere confinata nei laboratori: è fondamentale che sia comunicata in modo chiaro e accessibile a tutti i cittadini. La conoscenza scientifica è un diritto umano, uno strumento essenziale per il progresso della società, che deve essere condiviso equamente.