NEWRoots

Finanziato dall'Unione Europea - NextGenerationEU a valere sul Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) – Missione 4 Istruzione e ricerca – Componente 2 Dalla ricerca all’impresa - Investimento 1.1, Avviso Prin 2022 indetto con DD N. 104 del 2/2/2022, dal titolo "Evaluation & cloning of a major root angle QTL for a sustainable production in durum wheat-NEWRoots", codice proposta 2022WX3TYC- CUP .

L'architettura dell'apparato radicale (Root System Architecture, RSA) rappresenta un fattore chiave per migliorare la capacità delle colture di assorbire acqua e nutrienti dal suolo, aumentando la resilienza alla siccità e la produttività agricola.

Il progetto NEWRoots ha l'obiettivo di comprendere, a livello molecolare e fisiologico, i meccanismi che regolano l'interazione tra lo sviluppo dell'apparato radicale e la disponibilità di azoto, chiarendo le basi genetiche e funzionali che determinano la plasticità delle radici.

Parallelamente, il progetto valuta, attraverso prove sperimentali in campo condotte in differenti condizioni di disponibilità idrica e nutrizionale, l'effetto di diversi modelli di crescita dell'apparato radicale, caratterizzati da differenti angoli di sviluppo delle radici, sull'efficienza d'uso dell'acqua e dell'azoto, nonché sulla resa e sulla qualità della granella di frumento.

L'obiettivo finale è individuare i meccanismi biologici e i caratteri genetici che controllano l'assorbimento di acqua e nutrienti e regolano lo sviluppo dell'apparato radicale, mettendo a disposizione nuove conoscenze utili ai programmi di miglioramento genetico del frumento orientati alla sostenibilità e all'adattamento ai cambiamenti climatici.

Risultati attesi

Il progetto consentirà di identificare i principali determinanti genetici e funzionali coinvolti nella regolazione dell’architettura radicale e nell’assorbimento dell’azoto.

I risultati attesi forniranno nuove conoscenze e strumenti utili ai programmi di miglioramento genetico del frumento, contribuendo allo sviluppo di varietà più efficienti nell’uso delle risorse e più resilienti agli stress ambientali.

Risultati conseguiti

Il progetto NEWRoots ha approfondito i meccanismi genetici e molecolari che regolano lo sviluppo dell'apparato radicale del frumento duro e la sua risposta alla disponibilità di azoto, con l'obiettivo di favorire lo sviluppo di varietà più efficienti nell'utilizzo delle risorse idriche e nutritive e più resilienti ai cambiamenti climatici.

Le attività di ricerca hanno portato all'identificazione di regioni genomiche e geni candidati coinvolti nello sviluppo delle radici, individuando nel locus QRga.ubo-6A uno dei principali regolatori dell'angolo di crescita radicale. L'integrazione di analisi trascrittomiche, reti di co-espressione genica e studi funzionali ha inoltre evidenziato il ruolo di geni coinvolti nella regolazione ormonale, in particolare nella segnalazione dell'auxina, aprendo nuove prospettive per il miglioramento genetico del frumento mediante marcatori molecolari e tecniche di genome editing.

Il progetto ha inoltre ampliato significativamente la caratterizzazione della variabilità genetica disponibile, analizzando 218 genotipi di frumento duro coltivati in condizioni controllate con differenti livelli di disponibilità di azoto. Grazie all'impiego di un'innovativa piattaforma di fenotipizzazione aeroponica ad alta risoluzione è stato possibile monitorare dinamicamente lo sviluppo dell'apparato radicale e identificare caratteri particolarmente promettenti, come la velocità di allungamento delle radici nelle prime fasi di crescita, utili per la selezione di varietà più efficienti nell'utilizzo dell'azoto.

Le prove sperimentali condotte in campo su genotipi caratterizzati da differenti architetture radicali hanno confermato un'elevata variabilità genetica nella risposta alla limitata disponibilità di acqua e nutrienti. L'integrazione di rilievi agronomici, sensori per il monitoraggio dell'umidità del suolo e tecnologie di telerilevamento mediante droni ha consentito di valutare l'influenza dell'architettura radicale sulla produttività, sull'efficienza d'uso di acqua e azoto e sulla qualità della granella.

Il progetto si è articolato in tre principali linee di ricerca.

La prima ha riguardato lo studio delle basi genetiche e molecolari che controllano lo sviluppo dell'apparato radicale in risposta a differenti livelli di disponibilità di azoto. Le analisi condotte su linee ricombinanti con differenti architetture radicali hanno permesso di identificare geni candidati e reti regolatorie coinvolte nella crescita delle radici, fornendo nuove conoscenze sui meccanismi che determinano la plasticità dell'apparato radicale.

La seconda linea di ricerca ha analizzato la variabilità genetica presente nel germoplasma di frumento duro mediante piattaforme innovative di fenotipizzazione ad alta risoluzione. Lo studio di centinaia di genotipi ha consentito di individuare caratteri radicali e fonti di variabilità genetica particolarmente utili per la selezione di varietà più efficienti nell'utilizzo delle risorse.

La terza attività ha valutato in pieno campo l'effetto di differenti architetture radicali sull'efficienza d'uso dell'acqua e dell'azoto, sulla produttività e sulla qualità della granella in diverse condizioni di disponibilità idrica e nutrizionale. Le prove sperimentali hanno permesso di identificare genotipi promettenti e di confermare il ruolo determinante dell'apparato radicale nei processi di adattamento del frumento agli stress ambientali.

Nel complesso, NEWRoots ha prodotto nuove conoscenze scientifiche, strumenti genetici e metodologie di fenotipizzazione avanzata a supporto dei programmi di miglioramento genetico del frumento duro. I risultati ottenuti costituiscono una solida base per lo sviluppo di nuove varietà capaci di mantenere elevate rese produttive riducendo il consumo di acqua e fertilizzanti, contribuendo così a un'agricoltura più sostenibile, efficiente e resiliente ai cambiamenti climatici.

Dettagli del progetto

• Programma di finanziamento: PRIN 2022
• D.D. del MUR : 104 del 02/02/2022
• Codice progetto MUR: 2022WX3TYC
• CUP: J53D23010510006
• Contributo complessivo UE: € 205.941 ,00
• Contributo al DISTAL: € 127.905,00
• Durata: 12/10/2023 - 28/02/2026
• Coordinatore: DISTAL
• Responsabile Scientifico: Roberto Tuberosa, Enrico Noli (subentrato successivamente)