BIOTEC GEN

GENETICA E GENOMICA

Ricerca e sviluppo a livello pilota e/o prototipale di processi/prodotti a base biologica, a forte contenuto innovativo e suscettibili di interesse per imprese industriali high-tech.

La Missione….

La Variabilità genetica: una risorsa preziosa

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Sequenziamento automatico ad alta capacità

DNA microarray

Analisi Proteomica

Genomica a Flusso

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DNA, Cromosomi, cellule e piante:La plasticità degli esseri vegetali

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Biotecnologie e Miglioramento Genetico

• Fusione di cellule (protoplasti) da diversi genotipi

• Localizzazione di geni tramite marcatori molecolari e clonaggio genico

• Trasferimento mirato di nuove caratteristiche tramite-trasformazione con Agrobacterium-metodo biolistico-assunzione diretta di DNA.

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I tessuti vegetali sono costituiti da cellule “TOTIPOTENTI”,in grado di rigenerare una pianta identica a quella di partenza.

Le cellule vegetali private della parete cellulosica,dette PROTOPLASTI, possono essere manipolate conle tecniche dell’ingegneria genetica e/o cellulare per ottenerelinee cellulari trasformate con specifici geni e ibridi somaticicon caratteri complessi.

Da esse si rigenerano piante identiche al genitore tranneche per i caratteri eventualmente inseriti.

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Ibridazione somatica:trasferimento di caratteri poligenici tra specie non

compatibili

- Somma i genomi di ambedue le specie- Trasferisce caratteristiche poligeniche- Richiede selezione e/o reincrocio

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Le Cellule Vegetali sono Totipotenti

Micropropagazione….Moltiplicazione rapida di piante

di valore sperimentale e/o economico

- Risanamento da malattie- moltiplicazione di specie rare- moltiplicazione di specie da redditoa propagazione vegetativa

- velocizzazione dei cicli produttivi

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DNAMetodi

molecolari di inserimento

di geniin pianta

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Genetica e Genomicale ricerche in corso ..........…

Ingegneria metabolica e “molecular farming”

Genomica funzionale e Proteomica in specie utili

Silenziamento genico e interazioni virali con la pianta

Miglioramento Genetico Assistito via “Fingerprinting” molecolare di specie vegetali tipiche

Caratterizzazione di microorganismi utili dell’ambiente mediterraneo

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Le PIANTE COME FERMENTATORILe PIANTE COME FERMENTATORI

VsVs

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Il Virus X (PVX) della patata espone sulla superfice determinanti antigenici

di HIV

•Ogni particella virale è rivestita di 1400 ca elementi proteici, ciascuna delle quali espone esternamente l’antigene gp 41

HIV-1Virus vegetale PVX

gp 41

Che prospettive?- alta risposta anticorpale senza pericolo di infezione- possibile sviluppo di un vaccino nel medio periodo- attualmente sperimentazione sull’animale

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Produzione di vaccini in pianta

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Nel medio termine:Rilascio di nuovi vaccini edibili a

basso costo

Produzione piu’ sicura di antigeni

per sollecitare la risposta anticorpale Che vantaggi?

- alta compatibilta- minori rischi patogenici

e costi di produzione- migliore conservabilità

Produzione ad alta resa di anticorpi

“Moltiplicazione in pianta di anticorpi contro virus“

Un esempio sperimentale: l’incremento del contenuto di pigmenti antiossidanti (Carotenoidi) in pomodoro

Lycopene

β-carotene

β-cyclase

B) Costrutti

A) Via BiosinteticaC) Fenotipo

0

100

200 Lycopene β-carotene Xanthophylls

µg/g

m fr

esh

wei

ght

AntisenseParentalOverexpressors

D) Contenuto in carotenoidi

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Analisi Genomica e Proteomica In Specie Tipiche- pomodoro

Principe UmbertoToscano S. Marzano

Giallo invernaleGenomica

ProteomicaCorbarino

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Blocco dell’espressione genica tramite infezione virale “gene silencing”

The EMBO Journal (2002); 21:3070-3080

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Controllo del genoma ed isolamento di caratteristiche utili

ANALISI ESORTING DICROMOSOMI

VEGETALI

COSTRUZIONE DILIBRERIE di DNA

CROMOSOMA SPECIFICHE

ANALISI DELLA STABILITA’ GENETICA e GENOMICA

A cosa serve…

-controllo di “qualità” dei materiali (stabilità genetica)

- identificazione (sonde molecolari)

- isolamento di parti definite del genoma (cromosomi) per l’isolamento di geni e della loro organizzazione

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Caratterizzazione genetica di specie tipiche tramite marcatori molecolari- agrumi

MAS - Selezione Assistita con Marcatori Molecolari

1a

1b

1c 2

3

•Selezione di piante con caratteristiche superiori mediante trasferimento di geni presenti nel germoplasma naturale della specie

•Il risultato dei programmi di miglioramento genetico è garantito se il carattere è presente tra le specie sessualmente compatibili

•I risultati sono attesi sul medio lungo periodo (7-10 anni)

•L’integrazione con le Biotecnologie puo’ ridurre del 50-80% i tempi di conseguimento dei risultati attesi

“Nuovi” legumi per ambienti aridi

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Utilizzo di specie microbiche in agricoltura per il controllo biologico dei patogeni vegetali

Impatto sull’ambiente dell’uso di specie microbiche in agricoltura e valutazione del rischio per la salute umana

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Burkholderia cepacia complexMicrobiologia applicata all’Agricoltura ed alla

Salute: Possibilità di interazione e caratterizzazione

•Biocontrollo•Bioremediation

Infezione in pazienti con Fibrosi Cistica

Polmoni infettati da B. cepaciaFusarium Fusarium B.cep. ctrl+B.cep.

Analisi del rischio associato all’utilizzazione di specifici tipi

di microorganismi

L’ambiente naturale come potenziale serbatoio di microorganismi patogeni

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Serra sperimentale a contenimento di sicurezza in classe P2 per ricerche su piante - CR Casaccia

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GENETICA E GENOMICA VEGETALE

Personale a tempo indeterminato

Ricercatori 31 Tecnici 18

-----49

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37

~ 3,9

2000-2002

PORTAFOGLIO DI PUBBLICAZIONI SU RIVISTE INTERNAZIONALI

(con referee)

“impact factor “ medio di

PORTAFOGLIO DI BREVETTI

4BIOTEC GEN

….alcuni dei Progetti finanziati in corso

Fondo speciale per lo sviluppo della ricerca di interesse strategico (FIRS)•GENEFUN: Geni e loro funzioni, un approccio integrato

Fondo per gli investimenti e per la ricerca di base (FIRB) •Da Arabidopsis a Pomodoro: una rete scientifica e una piattaforma tecnologica per la genomica funzionale dello sviluppo vegetale (Progetto negoziale)•Genomica e funzioni geniche della risposta delle piante a stress ambientali (Progetto negoziale)•E-GEN: ENEA facility for advanced genomics, proteomics and bioinformatics(Progetto negoziale)•Meccanismi molecolari della fotosintesi

(Progetto autonomo)Piano Operativo Nazionale (PON)

•INAGRIMED: ricerche integrate per l’innovazione di processo e di prodottonelle filiere di prodotti tipici mediterranei

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CONCLUSIONIPRIMA…Gli studi e le ricerche di Genetica e Genomica Vegetale si sono venute naturalmente sviluppando nell’ENEA sin dalla sua fondazione come evoluzione delle attivita’ dell’originario Laboratorio per le Applicazione delle Radiazioni in Agricoltura

ORA…I prodotti delle ricerche condotte si possono riassumere come:La pubblicazione di un rilevante numero di lavori scientifici sulle maggiori riviste internazionali del settoreLo sviluppo di tecnologie e metodi innovativi per l’analisi, l’isolamento e l’utilizzazione della variabilità genetica (brevetti, nuove varietà vegetali)La diffusione delle conoscenze sviluppate tramite la formazione di ricercatori e l’interazione con il mondo scientifico e produttivo esterno

IN FUTURO…Una sempre maggiore consapevolezza delle opportunità offerte, e dei limiti, delle Biotecnologie e dei vantaggi di una integrazione delle conoscenze e delle metodologie proprie del miglioramento genetico classico per lo sviluppo di prodotti in armonia con l’ambiente ed utili all’uomo per la sua salute

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Principali linee di attività:• Caratterizzazione e miglioramento genetico di piante tipiche

mediterranee per la qualità del prodotto

• Produzione in pianta di molecole ad alto valore aggiunto (vaccini, anticorpi)

• Ingegneria metabolica per l’ottenimento di nutriceuticals di origine vegetale

• Caratterizzazione del genoma di specie utili (pomodoro) per il miglioramento della salubrità dell’alimento, dell’architettura della pianta, e incremento della sua resistenza a fitopatie

• Caratterizzazione di ceppi microbici utili per la protezione e la fertilizzazione di piante coltivate, con valutazione delle implicazioni per la salute umana.

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