Risposta molecolare ed ecofisiologica del frumento duro a stress abiotici

Il frumento duro, Triticum turgidum subsp. durum (Desf.) Husn., è un cereale coltivato in tutto il mondo ed è una delle principali fonti di carboidrati vegetali nell'alimentazione umana. Si tratta di una delle colture più diffuse nei paesi del Mediterraneo, con un ruolo molto importante per la loro economia e tradizione. Queste aree sono caratterizzate da scarsità di piogge, siccità, salinità e basso contenuto di sostanza organica nel suolo, che causano limitazioni alla coltivazione senza apporto di fertilizzanti azotati. Recentemente però, è chiaramente emerso che l'uso massiccio di fertilizzanti a base di azoto (N) può determinare effetti dannosi significativi sul funzionamento degli ecosistemi terrestri e acquatici, sull'inquinamento atmosferico e delle acque e sulla salute umana. Tutte queste preoccupazioni pongono una maggiore enfasi sull'aumento dell'efficienza d'uso dell'azoto (NUE) e più in generale sull’adattamento di queste colture a condizioni di stress abiotico. I fattori di trascrizione (FT) MYB rappresentano una delle più grandi famiglie di FT nelle piante, essendo coinvolti in vari processi vegetali specifici, come le risposte a stress biotici e abiotici. L'implicazione dei FT MYB nei meccanismi di tolleranza allo stress abiotico è particolarmente interessante per il miglioramento genetico delle colture, poiché le condizioni ambientali possono influenzare negativamente la crescita e la produttività. Nel presente studio è stata eseguita un'identificazione dei FT R2R3-MYB nell’intero genoma del grano duro. La ricerca del profilo MYB e le analisi filogenetiche basate sull'omologia con Arabidopsis e riso dei FT MYB hanno portato all'identificazione di 233 R2R3-TdMYB (Triticum durum MYB). Sono stati rilevati tre gruppi MYB specifici per la famiglia delle Poaceae, uno dei quali non era mai stato descritto prima. L’analisi di espressione di otto geni, selezionati in diverse condizioni di stress abiotico, ha rivelato che la maggior parte di essi rispondeva soprattutto allo stress salino e da siccità. Infine, le analisi della rete di regolazione genica hanno portato all'identificazione di 41 bersagli genici per tre R2R3-TdMYB, che rappresentano nuovi candidati per le analisi funzionali. È stata inoltre condotta una sperimentazione su quattro varietà di frumento duro, di cui due moderne, Marco Aurelio e Kanakis; una degli anni Settanta, Svevo, e una antica, Senatore Cappelli. I quattro genotipi sono stati coltivati in due siti sperimentali con caratteristiche pedoclimatiche differenti e alla raccolta sono state valutate la risposta produttiva e qualitativa in relazione al sito e a due diverse condizioni agronomiche: concimazione azotata standard e assenza di concimazione azotata. Complessivamente questo studio fornisce una descrizione dettagliata dei geni R2R3-MYB del grano duro contribuendo ad approfondire la comprensione della risposta molecolare del grano duro a condizioni climatiche sfavorevoli. Fornisce in aggiunta una valutazione della risposta genotipica diversificata allo stress da N sia da un punto di vista quantitativo che qualitativo, gettando le basi per ulteriori studi finalizzati alla selezione di genotipi e caratteri fenotipici di valore per il successo dei futuri programmi di miglioramento genetico del frumento duro.