WHEATSUSTAIN

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 PNRR indetto con DD N. 1409 del 14/09/2022, dal titolo "Deciphering the adaptive response of wheat for climate change mitigation -WHEATSUSTAIN", codice progetto MUR P2022NJS4Y - CUP J53D23018480001.

Il progetto WHEATSUSTAIN mira a comprendere le reti regolatorie complesse alla base dell’uso efficiente delle risorse e delle risposte adattative alla carenza di acqua e nutrienti nel frumento, integrando approcci di fisiologia, genomica e metabolomica. In particolare, il progetto analizzerà i meccanismi biologici dell’adattamento allo stress idrico e alla disponibilità di azoto (N) e fosforo (P), sia singolarmente che in combinazione. Verranno studiati i cambiamenti a livello sviluppo, fisiologia, trascrittomica e metabolomica in diverse fasi di crescita e tessuti, in condizioni vicine a quelle di campo. Saranno inoltre utilizzati genomi di riferimento aggiornati e analisi di reti geniche e metaboliche per interpretare le risposte allo stress, considerando anche la variabilità naturale grazie al pangenoma del frumento tetraploide.

Risultati attesi

Il progetto permetterà di identificare i meccanismi chiave che regolano l’adattamento del frumento a stress idrici e nutrizionali, contribuendo allo sviluppo di strategie per migliorare l’efficienza d’uso delle risorse. I risultati forniranno basi scientifiche per il miglioramento genetico di varietà più resilienti e produttive in condizioni di stress multiplo.

Risultati raggiunti

Il progetto WheatSustain ha avuto l’obiettivo di investigare come frumento duro e tenero reagiscano a condizioni di stress ambientale legate alla riduzione di acqua e nutrienti essenziali, in particolare azoto (N) e fosforo (P). Sono state scelte due varietà di riferimento ampiamente caratterizzate a livello genomico: Svevo per il frumento duro e Chinese Spring per il frumento tenero. Per studiare la loro risposta in un ambiente controllato ma realistico, le piante sono state coltivate all’interno di lisimetri, strutture che riproducono dinamiche simili al campo ma permettono di regolare con precisione l’apporto di acqua e nutrienti. Sono state applicate condizioni ottimali sia di limitazione nutritiva che idrica, simulando scenari colturali più sostenibili. Sono stati applicati sette trattamenti (T1–T7) con diverse combinazioni di acqua, azoto (N) e fosforo (P), includendo condizioni ottimali (W+N+P) e scenari di limitazione verosimile di un nutriente ed acqua a turno. Sono stati misurati parametri fisiologici chiave — conduttanza stomatica, clorofilla (SPAD), fluorescenza — e raccolti tessuti fogliari e riproduttivi per analisi produttive, qualitative (proteine, glutine, indice Zeleny, W) e metaboliche (zuccheri, amminoacidi liberi, fenoli, flavonoidi, contenuti di N, P e C).

Il progetto WheatSustain ha dimostrato in modo chiaro che la combinazione di acqua, azoto (N) e fosforo (P) è il principale determinante simultaneo di resa, qualità e risposta metabolica del frumento.

Risultati chiave:

· La Massima performance è stata ottenuta in condizioni bilanciate (T4: acqua+N+P; T6: N+P) che ottimizzano fotosintesi, accumulo di biomassa e qualità della granella (proteine e glutine), confermando il ruolo centrale dell’azoto e forte sinergia con il fosforo.

· Stress totale (T3) come limite fisiologico:

L’assenza combinata di acqua e nutrienti porta al minimo assoluto di tutti i parametri (crescita, fotosintesi, qualità), definendo la soglia critica per la produttività.

· Inefficacia di input singoli (T2, T7): Apporti non bilanciati (solo acqua o solo P) si traducono in basse prestazioni, evidenziando che nessun fattore da solo è sufficiente a sostenere crescita e qualità.

Sono state evidenziate Differenze varietali strategiche: la risposta di Chinese Spring (frumento tenero) è orientata alla crescita e produttività, con elevata biomassa e risposta stabile. La risposta del frumento duro Svevo è più efficiente nella qualità (glutine/proteine) e attiva risposte metaboliche difensive (fenoli, flavonoidi) in condizioni di stress. Svevo mostra maggiore plasticità metabolica (amminoacidi e composti difensivi), mentre Chinese Spring mantiene maggiore stabilità.

Impatto scientifico e applicativo:

Sono stati identificati biomarcatori e geni candidati per efficienza d’uso di azoto (NUE) e acqua (WUE). E' stata dimostrata l’importanza di studiare stress combinati (non singoli) per rappresentare condizioni reali di campo.

Sono state fornite basi di conoscenza fisiologiche e genomiche solide per: (i) miglioramento genetico di varietà più resilienti e sostenibili, (ii) ottimizzazione della gestione agronomica di acqua e fertilizzanti.

Conclusione:
La produttività sostenibile del frumento richiede un approccio integrato che combini genetica, nutrizione e gestione delle risorse. WheatSustain individua chiaramente i meccanismi chiave su cui costruire nuovi ideotipi colturali ad alta efficienza e resilienza ambientale.

Dettagli del progetto

• Programma di finanziamento: PRIN 2022 PNRR
• D.D. del MUR : 104 del 02/02/2022
• Codice progetto MUR: P2022NJS4Y
• CUP: J53D23018480001
• Contributo complessivo UE: € 224.666,00
• Contributo al DISTAL: € 112.113,00
• Durata: 29/11/2023 - 28/02/2026
• Coordinatore: DISTAL
• Responsabile Scientifico: Marco Maccaferri