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00:12benvenuti a questo corso io sono la dottoressa alessandra zombardo e sono parte del gruppo di
00:18ricerca del crea centro di ricerca viticoltura ed enologia di arezzo in questo corso parleremo
00:26delle avversità del vigneto e delle tecniche innovative di difesa in particolare dell'argomento
00:33dell'epigenetica tra climate change e variabilità intravarietale ecco una lista di alcuni argomenti
00:41che tratteremo una breve introduzione sui concetti e sulle parole chiave della genetica classica e per
00:48poi passare a cosa si intende per epigenetica la storia delle scoperte in ambito scientifico
00:54legate all'epigenetica i meccanismi di regolazione dell'epigenetica l'aspetto dell'ereditabilità o
01:02meno delle modifiche epigenetiche e per poi passare all'argomento vite che viene usata come pianta
01:09modello per epigenetica ed epigenomica e verranno illustrate alcune evidenze della letteratura per
01:17poi concludere con prospettive e conclusioni sempre in ambito scientifico quando si parla di
01:24genoma si parla di codice genetico quindi tutta l'informazione stabile ed ereditabile contenuta
01:31all'interno del filamento di dna che è costituito da una serie di unità fondamentali chiamate geni la
01:39struttura del dna è stata scoperta a metà del secolo scorso ed è valsa un premio nobel agli
01:45studiosi appunto che ne hanno individuato la forma e appunto hanno rilasciato questa struttura di a
01:55doppia elica che è caratterizzata da due filamenti polinucleotidici complementari quindi una catena di
02:02nucleotidi che hanno tre componenti a loro volta che sono uno zucchero a cinque atomi di carbonio il
02:09desossi ribosio un gruppo fosfato nella struttura esterna appunto e rivolta verso l'interno una base
02:17azotata che può essere di quattro tipi due di tipo purinico e due di tipo perimidico e queste basi vanno
02:24ad associarsi in modo complementare nel filamento sempre con una coppiata adenina timina e citosina
02:31guanina il dna appunto oltre ad avere una struttura a doppia elica viene super avvolto e si trova sotto
02:42forma di cromosomi all'interno del nucleo delle cellule i cromosomi sono composti da questa sostanza
02:48chiamata cromatina che è in effetti un'unione tra il filamento di dna e una serie di proteine
02:55chiamate istoni gli istoni sono una sorta di perle formate da un core istonico quindi una parte
03:03centrale e possiedono delle code che protrudono e hanno una caratteristica di carica positiva
03:11questi istoni sono di quattro tipi e un totale di otto istoni viene a legarsi ad un filamento di dna
03:19con un passo di 146 paia di basi e questa struttura viene definita nucleosoma il nucleosoma è appunto
03:28l'unità fondamentale della cromatina tra un nucleosoma e un altro c'è sempre una parte di
03:35filamento di dna chiamata linker e l'unione di nucleosomi che vanno a condensarsi in modo più o meno
03:44stretto appunto va a formare la cromatina e per l'epigenetica è importante ricordare questi concetti
03:52di cromatina è importante ricordare cosa sono gli istoni e la struttura nucleosomica che compongono
04:00insieme al filamento di dna il dna quindi questa macromolecola contenente l'informazione genetica
04:09subisce una serie di processi all'interno della cellula in caso di divisione cellulare per mitosi
04:16il dna viene replicato ossia avviene una replicazione fedele della molecola che si crea una coppia
04:26assolutamente identica che viene passata alla cellula figlia invece quando si parla di espressione
04:33genica e poi sintesi proteica è necessario passare alla trascrizione poi traduzione che
04:40sono processi suddivisi in una prima fase in cui il dna viene trascritto e quindi funge da stampo e si
04:48forma una molecola di rna messaggero complementare questo rna messaggero ha delle differenze sia
04:56strutturali che chimiche di composizione il rna messaggero è a singola elica e quindi è una
05:03molecola molto meno stabile è formata da uno zucchero diverso rispetto al dna che è il ribosio ed ha una
05:10base azotata diversa quindi non contiene timina ma uracile una volta prodotto il filamento di rna
05:17messaggero stampo questo viene tradotto poi in proteina che ricordo è una catena di polipatidi ovvero
05:25appunto una sequenza di aminoacidi l'rna viene suddiviso in codoni che sono triplette di base
05:35azotate e per la formazione della proteina interviene l'rna transfer che anche a sua volta è composto da tre
05:44basi azotate e trasporta un aminoacido e quindi dall'unione di codoni e anticodoni si crea la sequenza
05:52aminoacidica secondo le regole del codice genetico e poi si arriva ad una proteina finale con una
06:00struttura tridimensionale anche complessa da una sequenza identica di dna quindi presente in tutte
06:08le cellule somatiche per differenziamento cellulare si riesce ad avere una serie di geni
06:15un'espressione diversa dei geni nelle singole cellule quindi ogni cellula a seconda delle sue
06:23competenze ha un'espressione cellulare propria e il motivo di questo differenziamento cellulare
06:30può essere sia genetico ma c'è qualcosa appunto che va al di sopra della genetica e questa è proprio
06:38l'epigenetica epigenetica come dice l'etimologia del termine terzo è qualcosa al di sopra della
06:46genetica è una branca della biologia molecolare piuttosto innovativa di cui però si sta iniziando
06:54a sentire parlare anche a livello più più generale ci si riferisce all'epigenetica come genoma vivente
07:06o addirittura una vera e propria rivoluzione ed è stata definita un qualsiasi cambiamento potenzialmente
07:13stabile ed ereditabile nell'espressione genica che va a verificarsi senza imporre un cambiamento nella
07:19sequenza di dna quindi anche importanti riviste hanno dedicato le proprie copertine all'epigenetica e per
07:32fare un esempio piuttosto simpatico in questa vignetta si vedono due ricercatori che ha un
07:38convegno e diciamo si suggeriscono di dire che se qualcuno chiede qualcosa che non si sa si può
07:47semplicemente giustificare come un fenomeno dovuto all'epigenetica proprio perché è un argomento talmente
07:55nuovo e ancora talmente poco approfondito che a volte lascia dei dubbi diciamo. Per parlare di
08:04epigenetica si può definire un cambiamento del fenotipo e per fenotipo si intende l'insieme di
08:13caratteri manifestati da un individuo senza però avere un cambiamento del genotipo e quindi senza
08:20avere un cambiamento nell'insieme dei geni di un individuo e nel suo filamento di dna quindi
08:26partendo da genotipi uguali che subiscono modificazioni epigenetiche diverse si arriva
08:33ad avere fenotipi diversi e si scardina quindi il principio fondamentale della genetica per cui
08:40un genotipo da direttamente il fenotipo ma il fenotipo è in effetti la combinazione tra genotipo ed
08:48epigenotipo. Parlare di genetica rispetto all'epigenetica può essere paragonata anche
08:54a una differenza tra hardware dato dalla genetica e software dato dall'epigenetica. Anche questa
09:04immagine è abbastanza esemplificativa per cui si intende la genetica come la lettura del libro della
09:12vita e quindi si può vedere come un testo ricco di lettere ma senza spazi senza punteggiatura che
09:22contiene sì l'informazione ma risulta assolutamente poco leggibile poco chiaro al lettore mentre l'epigenetica
09:30interviene per tradurre il libro della vita e quindi inserendo nella stessa serie di lettere spazi e
09:37punteggiatura si vede come il testo prende forma e appunto il lettore ha ben chiaro il contenuto di
09:46queste frasi. Il primo approccio della scienza con l'epigenetica è avvenuto a circa metà del
09:55Settecento in particolare è stato diciamo a causa di una scoperta casuale di una fiore mutante. Nelle
10:05isole svedesi è presente questa sorta di bocca di leone chiamata Linaria vulgaris e casualmente nel
10:121742 è stato scoperto un fiore diverso con simmetria simmetria radiale. Questo è stato sottoposto
10:21all'attenzione di Carlo Linneo che è lo scienziato classificatore delle specie viventi per eccellenza e
10:30appunto questo scienziato non è riuscito a spiegare con le conoscenze di genetica che aveva fino ad
10:37allora a classificare questa forma che ha definito addirittura mostruosa quindi definita Linaria pelorica
10:46andando a segnare un termine greco. Anche nei secoli successivi scienziati del calibro di Darwin
10:53non hanno saputo spiegare perché questo fiore assumesse una forma mostruosa e la risposta si è
11:02avuta soltanto alla fine del XX secolo e si è visto che in effetti il fiore con simmetria radiale
11:12viene prodotto dalla pianta a causa di mutazioni epigenetiche lungo il suo filamento di DNA.
11:20Il primo scienziato che poi era uno scienziato filosofo che ha definito l'epigenetica è stato
11:27Conrad Waddington nel 1942 e ha definito l'epigenetica una metafora per lo sviluppo biologico
11:35definendo quindi l'epigenetica la branca della biologia che studia le interazioni causali
11:42tra i geni e i loro prodotti che danno origine al fenotipo. Quindi secondo Waddington il destino
11:50cellulare è stabilito in fase di sviluppo e le cellule sono state paragonate a delle biglie
11:56che vanno a raggiungere il loro differenziamento in modo quasi casuale rotolando lungo un percorso
12:04tortuoso. Quindi diciamo si lasciava anche a metà del secolo scorso questa visione epigenetica
12:13legata un po' al caso e senza una vera spiegazione a livello molecolare. Quando si parla di epigenetica
12:22è importante anche ricordare la differenza tra mutazioni ed epimutazioni. Le mutazioni sono
12:30dei cambiamenti nella sequenza di nucleotidi del DNA che possono avvenire a causa dell'intervento
12:36di un agente mutageno come per esempio agenti chimici o raggi ultravioletti oppure per errori
12:44che si fanno durante in modo erroneo durante la replicazione della molecola di DNA. Queste
12:52mutazioni sono fissate nel genoma e vengono passate alla progenie quindi alle cellule figlie
13:00mentre le epimutazioni sono definite modifiche chimiche del filamento di DNA o degli stoni che
13:08ricordo sono quelle proteine che si legano al filamento di DNA per creare nucleosomi e poi
13:14la struttura della cromatina. Ebbene queste modifiche chimiche sono più frequenti e rapide
13:21ma soprattutto sono reversibili quindi la genetica le mutazioni genetiche sono qualcosa di fisso che
13:29non può essere cambiato che non si può ritornare allo stato originale mentre le mutazioni epigenetiche
13:36che sono qualcosa di transiente da cui è possibile appunto avere un resetting.
13:43I meccanismi di regolazione trascrizionale che inducono cambiamenti nell'espressione genica
13:50senza portare modifiche alla sequenza del DNA. Abbiamo detto che appunto è questo l'epigenetica
13:56e per essere effettuate questa regolazione trascrizionale può verificarsi con tre meccanismi
14:08diversi. La prima è sicuramente la più importante è la metilazione del DNA e la seconda è la modificazione
14:16degli istoni quindi quelle proteine legate al filamento di DNA e oppure l'editing mediato da RNA
14:23non codificanti. I primi due casi sono meccanismi di regolazione epigenetica che avvengono a livello
14:33trascrizionale quindi durante il processo di trascrizione che viene inibita o bloccata mentre
14:41il terzo meccanismo è post trascrizionale quindi l'editing avviene sulla molecola di RNA messaggero
14:49che viene effettivamente trascritto ma non tradotto. Il primo meccanismo di regolazione
14:58appunto andando nello specifico abbiamo detto essere la metilazione del DNA. È il meccanismo
15:04più conosciuto al momento e più studiato e va ad indurre silenziamento genico quindi a bloccare la
15:11sintesi di un gene e della rispettiva proteina derivante. È un processo reversibile ed è mediato
15:19da diversi tipi di enzimi. Ricordo che per enzimi si intendono quelle proteine capaci di catalizzare
15:27una specifica reazione biochimica. Per metilazione si intende l'aggiunta di un gruppo metile in posizione
15:355' della base azotata citosina trasformandola in 5-metilcitosina. È un legame covalente e questo
15:45gruppo metile che va ad aggiungersi alla citosina viene ovviamente preso da una molecola donatrice
15:52che è l'S adenosilmetionina. Nelle piante si è visto che esistono tre contesti specifici di
15:58metilazione sul filamento di DNA e possono essere sequenze simmetriche in cui si trovano
16:05consecutivamente una base azotata citosina seguita da una guanina oppure una base azotata citosina con
16:14un intermedio di un'altra base azotata seguita da una guanina oppure sequenze non simmetriche con
16:22una citosina seguita da due ulteriori basi azotate diverse. Gli enzimi responsabili sono
16:31raggruppati, i responsabili della metilazione sono raggruppati nel grande gruppo delle DNA
16:39metiltrasferasi che poi appunto si dividono in enzimi diversi a seconda della specificitÃ
16:46enzimatica dei contesti di metilazione in cui operano. Queste DNA metiltrasferasi effettuano
16:55metilazioni de novo quindi vanno a metilare un residuo di citosina libero quindi che non è stato
17:04precedentemente metilato oppure possono essere metilazioni di mantenimento quindi serve l'intervento
17:12di una metiltrasferasi per conservare nello strand la metilazione in caso di replicazione
17:20cellulare. È importante ricordare che di default vengono rimosti gruppi metili ad ogni rigenerazione
17:28cellulare quindi senza l'intervento di una metiltrasferasi di mantenimento il filamento
17:36viene diciamo le metilazioni sul filamento vengono azzerate. La demetilazione è appunto il processo inverso
17:44quello per cui viene rimosso un residuo di residuo di gruppo metile dal filamento anche in questo caso
17:54ci sono diversi tipi di enzimi che intervengono a seconda della loro specificità e vanno a togliere
18:00la metilcitosina dal filamento reinserendo una citosina libera. In questo caso appunto si parla di
18:07epigenetic resetting proprio perché il filamento viene liberato e riportato diciamo a uno status originale.
18:14In generale il codice di lettura della metilazione è se il filamento è metilato la trascrizione di uno specifico
18:24gene è bloccata se invece il filamento risulta demetilato la trascrizione di quel gene può essere attiva
18:35può procedere. La seconda modifica epigenetica è quella della modificazione post traduzionale degli
18:45istoni. Queste modifiche riguardanti le proteine legate al filamento del DNA per formare i nucleosomi
18:54riguardano la regione N terminale dei complessi istonici in particolare avvengono su quelle code
19:00che protrudono dal core istonico che invece è la parte centrale. Sono legami covalenti e reversibili
19:09quindi possono essere rimossi anche in questo caso per tornare allo status originale. Essendo
19:18proteine quindi la modifica chimica avviene non più su una base azotata ma su un aminoacido.
19:26Solitamente l'aminoacido che subisce una modificazione post traduzionale nelle code istoni che è la lisina
19:34ma abbiamo anche casi di arginina, serina e trionina. La modifica chimica che avviene può essere una
19:42cetilazione, una metilazione che sono i due fenomeni più diffusi ma anche una fosforilazione,
19:48un'ubiquitazione o una sumoilazione. Queste modifiche degli istoni causano un rimodellamento della
19:56struttura della cromatina che viene resa più o meno condensata e quindi c'è un'alterazione che può
20:04essere positiva o negativa dell'espressione genica. Quindi il gene che subisce questa modificazione
20:10può essere o trascritto o silenziato. Vediamo adesso il caso dell'acetilazione, quindi contemporaneamente
20:21la deacetilazione istonica che avviene appunto come abbiamo detto sull'aminoacido lisina. Ci sono
20:27enzimi responsabili che aggiungono gruppi acetili alla coda dell'istone che vengono detti
20:35writer e sono istone acetiltransferasi oppure quelli che vanno a togliere il gruppo che sono
20:43eraser o istone deacetilasi. L'acetilazione degli istoni normalmente indebolisce il binding
20:51degli istoni al DNA, quindi causa una decondensazione della cromatina e questa struttura essendo meno
20:59compatta permette il docking dei fattori di trascrizione delle polimerase, quindi la trascrizione
21:08di un determinato gene viene attivata. Mentre in caso di deacetilazione o comunque ipoacetilazione
21:15la cromatina risulta più condensata e in questo caso è il contrario, i fattori di trascrizione
21:27hanno meno accessibilità al filamento e quindi c'è una repressione della trascrizione.
21:34Dalle immagini appunto si può vedere come le modifiche sulle code degli istoni indeboliscono
21:41il loro binding al filamento di DNA proprio perché appunto queste code istoniche cariche
21:49positivamente, se appunto vengono apportate modifiche chimiche al filamento diciamo si indebolisce
21:58il legame con il DNA che è una molecola carica negativamente e quindi il legame viene reso
22:08molto meno stretto. Un altro caso è quello come già accennato della metilazione istonica,
22:16anche qui ci sono specifici enzimi responsabili che intervengono sugli due residui aminocidici,
22:25in questo caso lisina e arginina e possono andare ad aggiungere o togliere gruppi metile
22:31alle code istoniche e possono intervenire con mono di etrimetilazioni.
22:39In questo caso non c'è un codice istonico preciso di interpretazione, cioè non si sa se
22:45l'aggiunta o meno di gruppi metile vada ad attivare o reprimere la trascrizione, ma si sa che
22:52questa viene attivata o silenziata a seconda della posizione del residuo metilato sulla coda istonica
23:00e anche del numero di residui metile aggiunti in un determinato punto.
23:07Quindi andando un po' a riassumere, lo status della cromatina viene definito in due modi diversi
23:17a seconda della posizione della densità in cui si trova.
23:23viene definita eterocromatina se condensata e quindi se si trova appunto in una situazione
23:34di compattezza, non avviene trascrizione e i geni sono silenziati.
23:40Si parla invece di eucromatina quando la cromatina è decondensata e la trascrizione viene attivata
23:48e i geni possono essere, appunto, possono essere espressi e arrivare alla produzione di proteine.
23:56L'epigenetica dunque è un vero e proprio interruttore molecolare, può accendere e spegnere i geni,
24:06l'espressione genica a seconda delle particolari necessità che ci sono nella cellula in quel momento
24:12oppure è molto legata anche alle condizioni ambientali.
24:18Il terzo meccanismo è quello meno conosciuto e anche molto studiato, ma anche molto complesso,
24:26che è quello dell'intervento di RNA non codificanti.
24:30Questo processo di silenziamento genico RNA dipendente è valso anche in questo caso,
24:37data la portata della scoperta, un Nobel per la medicina nel 2006 agli studiosi appunto
24:43che hanno scoperto questo processo.
24:47Si tratta di piccoli RNA interferenti, interferenti perché vanno a interferire con la traduzione
24:56degli RNA messaggeri e che quindi appunto non possono essere tradotti e poi portati
25:05alla produzione di una proteina.
25:08Gli piccoli RNA interferenti, nell'aspetto di legame con l'epigenetica, vanno ad associarsi
25:16alla cromatina per controllare la localizzazione delle modificazioni epigenetiche e la lettura
25:24del DNA.
25:25E si è scoperto, anche in questo caso di recente, che nelle piante esiste proprio un fenomeno
25:33chiamato metilazione del DNA-RNA dipendente.
25:39Quindi piccole molecole di RNA non codificanti vanno a dirigere l'aggiunta dei gruppi metile
25:45su specifiche sequenze di DNA, appunto nei tre contesti tipici delle piante che abbiamo visto
25:52in precedenza.
25:54In pianta, essendo appunto le piante degli organismi sessili, questi hanno bisogno di un
26:04adattamento rapido all'ambiente in cui trovano, che spesso può essere difficile, quindi hanno
26:11bisogno di avere un fenotipo plastico e rapidamente adattabile, quindi hanno una serie di meccanismi
26:19diversi rispetto all'uomo e agli animali.
26:22Uno di questi meccanismi legati ai piccoli RNA interferenti è il post-transcriptional gene
26:31silencing.
26:32Questo è un fenomeno di downregolazione dei specifici geni target tramite microRNA.
26:39Questi microRNA sono molecole piccole di circa 20 nucleotidi che regolano finemente l'espressione
26:48genica.
26:49Andando a silenziare per blocco della traduzione o per degradazione di un RNA messaggero a doppio
26:57filamento.
26:58Doppio filamento perché questi microRNA hanno una sequenza complementare al RNA messaggero
27:06di un gene target, quindi si accoppiano fisicamente, creano una molecola a doppio filamento che
27:12viene riconosciuta come aberrante dall'organismo e viene degradata.
27:17Quindi l'RNA messaggero del gene target non può essere poi tradotto.
27:22il microRNA sono appunto attualmente molto studiati e si è visto da evidenze scientifiche
27:33che sono molecole segnale che sono capaci di muoversi a lungo raggio.
27:39in pianta si spostano tramite il floema e per fare il caso specifico della vite si è visto
27:48che questi microRNA sono capaci di passare dalla parte radicale alla parte aerea passando
27:57il punto di innesto.
27:58quindi appunto si ricorda che la vite in effetti è una pianta singola ma composta da due bionti
28:06quindi ha una specie di vite nella porzione radicale solitamente di origine di specie americana
28:14e una parte aerea che è vitis finifera quindi una specie diversa e nonostante appunto la convivenza
28:22di questi due bionti gli stessi microRNA prodotti nelle radici sono stati ritrovati nella parte aerea
28:30in particolare sia nelle foglie che nei grappoli.
28:35I microRNA in generale hanno ruoli nei processi metabolici più complessi
28:41per esempio lo sviluppo e la differenziazione dei tessuti ma anche il metabolismo primario e secondario.
28:50l'espressione di questi microRNA è fortemente influenzata dalle condizioni ambientali
28:57quindi come già detto sono una sorta di meccanismo una sorta di cascata di segnale
29:04a cui arriva la pianta per riuscire a rispondere a sopravvivere alle condizioni ambientali
29:11che cambiano o che diventano limitanti.
29:17Adesso affronteremo la questione dell'ereditabilità delle modifiche epigenetiche.
29:28una definizione di due studiosi del 91 è questa.
29:35I cambiamenti epigenetici sono spesso temporanei e le piante possono ristornare al fenotipo normale
29:42in modo relativamente semplice ma allo stesso tempo alcune modifiche possono essere di lunga durata
29:48e addirittura essere trasferite alla progenie durante la propagazione sessuale.
29:54Quindi la risposta alla domanda se le modifiche epigenetiche sono ereditabili è sia sì che no a seconda delle condizioni.
30:07Il caso del no le modifiche epigenetiche non sono ereditabili è quello di un fiore che è stato studiato nella
30:21pianta modello
30:33regolatore negativo della fioritura. Quindi è regolato tramite modifiche estoniche e si trova normalmente trascritto nella pianta.
30:47Se quindi trascritto, se attivo, questo gene va ad inibire un altro gene che si chiama FT
30:54che è il gene attivatore della fioritura. Quindi in un caso in cui la pianta si trovi per esempio nel
31:05periodo autunnale
31:06il gene FLC è attivo, è trascritto e il gene FT legato alla fioritura è spento.
31:12Una volta subita la vernalizzazione, quindi quando la pianta viene a contatto con il freddo, il gene FLC si spegne
31:22per modifiche epigenetiche
31:25in particolare per modifiche a carico degli estoni. Quindi questo gene viene silenziato e a questo punto il gene FT
31:36si attiva
31:37e può avvenire la fioritura della pianta. In questo caso si parla di epigenetic resetting perché il gene FLC viene
31:47riportato
31:48allo stato attivo durante la riproduzione, quindi alla riproduzione cellulare vengono rimosse le modifiche epigenetiche
31:58e FLC appunto è sempre attivo nelle piante figlie e in questo caso appunto la modifica epigenetica non è ereditabile
32:09ma azzerata.
32:11Esiste però anche il caso di modifiche epigenetiche ereditabili. Queste sono trasmesse alla progenie e quindi non sono modifiche
32:23ereditabili non spiegate dalla genetica classica, quindi dalle leggi di Mendel. Queste sono per esempio a carico delle piante
32:32propagate in modo assessuato come per esempio la vite che è propagata vegetativamente quindi da una pianta madre
32:41si ottiene una pianta figlia senza appunto che le cellule vengano sottoposte a mitosi.
32:48I marker epigenetici in questo caso o comunque alcuni marker epigenetici possono essere trasmessi alla progenie.
32:57Un esempio di modifiche ereditabili sono quelli legati alla cosiddetta memoria epigenetica.
33:04In particolare riguarda una sorta di ricordo delle risposte della pianta ad un segnale dell'ambiente.
33:13Se la pianta subisce un primo stress, dopo la reazione a questo stress che è definita priming, affronta un nuovo
33:25incontro con il fattore stressante
33:30in modo più attivo con una risposta più rapida ed efficiente e quindi questa risposta ad un secondo stress è
33:41data dalla memoria epigenetica di uno stress precedentemente subito.
33:46Il concetto è appunto quello del priming ed è un fenotipo positivo che viene conservato sia nella pianta stessa ma
33:54anche nelle generazioni successive
33:57e dà sicuramente un vantaggio selettivo della pianta rispetto appunto a piante che non hanno subito priming.
34:11Per introdurre l'epigenetica e il suo legame con la vite, con la viticoltura, è necessario ricordare alcune caratteristiche del
34:21genoma della vite.
34:22La vite è un organismo complesso, ha un genoma diploide, quindi è composto da due coppie di 19 cromosomi
34:33che la cui rappresentazione stilizzata può essere vista nella foto che propone il cariotipo.
34:42Ha circa 30.000 geni, quindi un numero consistente di geni simili o addirittura superiore a quelli dell'uomo
34:50ed è il primo genoma di pianta da frutto sequenziato. Il genoma è stato rilasciato nel 2007
34:57e la vite è stata già un esemplare modello per le piante da frutto a livello genetico.
35:07Con il passare del tempo e degli studi scientifici si è arrivati ad avere sempre più informazioni riguardanti il genoma
35:16della vita
35:17e quindi sempre più informazioni riguardo gli specifici geni, le loro attività e la loro collocazione
35:24e oltre ad avere il genoma di riferimento del 2007 sono disponibili sempre più genomi delle singole varietà .
35:35Ad esempio quella riportata è legata appunto è il genoma della varietà Chardonnay.
35:42Come anticipato la vite è una pianta modello già per la genetica, ancor più per gli studi di epigenetica ed
35:51epigenomica.
35:52Questo perché per una serie di sue caratteristiche intrinseche è considerata una delle piante che ha una maggiore plasticità fenotipica.
36:03La vite è una pianta domesticata che è coltivata da secoli nelle zone temperate corrispondenti a specifiche latitudini
36:16sia nell'emisfero nord che nell'emisfero sud del mondo
36:19e questi ambienti sono solitamente caratterizzati da estati caldi e secche
36:25e quindi condizioni ambientali limitanti per temperatura, per acqua, per il raggiamento solare
36:35appunto sono ambienti difficili se non addirittura limitanti
36:40e quindi per sopravvivere a lungo, quindi nei secoli con queste condizioni ambientali
36:47la vite ha saputo acquisire la tolleranza allo stress
36:51dando addirittura le sue prestazioni migliori in ambienti difficili.
36:56È una pianta che è propagata sessualmente
36:59quindi come abbiamo visto ha la possibilità di passare le modifiche epigenetiche
37:07quindi il vantaggio selettivo alle piante figlie
37:10con una ereditabilità dimostrata
37:14e come già appunto accennato
37:17anche nella viticoltura c'è un utilizzo obbligato dei porti innesti
37:23per far fronte al problema della filostera
37:27quindi una singola pianta è composta da due bionti
37:32in effetti che sono due specie diverse di vite
37:36che convivono in un unico organismo
37:39e anche in questo caso
37:42e come già visto c'è questo movimento di microRNA
37:46di piccoli RNA non codificanti
37:49tra le radici e la parte aerea
37:51inoltre la viticoltura ha la peculiaritÃ
37:56di avere una grande variabilità intravarietale
38:00proprio perché sono disponibili cloni di una stessa cultivar
38:06soprattutto per quelle varietÃ
38:08che hanno una coltivazione maggiormente diffusa
38:13possiamo fare l'esempio del Sangiovese in Italia
38:15che è la prima varietÃ
38:17e ha addirittura oltre 130 cloni
38:20ufficialmente riconosciuti all'interno del panorama produttivo
38:25inoltre la vite va incontro alla maturazione dei frutti
38:31durante la maturazione dei frutti
38:33ad un processo chiamato invagliatura
38:36che poi quel momento in cui cambia completamente
38:39il metabolismo all'interno degli acini
38:42e si è visto che l'epigenetica in questa fase
38:46ha un ruolo chiave
38:48che determina sia lo sviluppo
38:51ma anche la maturazione dell'acino
38:55come visto la vite può essere appunto
38:58una pianta modello per gli studi di epigenetica ed epigenomica
39:02e quindi già esistono numerosi lavori pubblicati
39:08nella letteratura scientifica che vanno a spiegare appunto
39:13il legame del ruolo dell'epigenetica nei principali concetti della viticoltura
39:20una prima evidenza è quella legata all'epigenoma
39:27che riesce a definire il concetto di terroir
39:30questo concetto di terroir in viticoltura
39:34è un concetto piuttosto astratto
39:36che va a definire quell'insieme di elementi dati
39:41da ambiente, da genetica, da gestione agronomica
39:46da caratteristiche ambientali del suolo e climatiche
39:52che arrivano a definire un prodotto enologico particolare
39:58che può essere considerato di nicchia
40:01ebbene la definizione del terroir non ha mai avuto una spiegazione effettiva
40:07e adesso alcuni lavori recenti hanno dimostrato
40:13che l'epigenoma ha un ruolo chiave
40:15in particolare in condizioni di crescita altamente variabili
40:21e differenze macroscopiche a livello di terroir in senso mondiale
40:28è quella plasticità fenotipica
40:31e quell'adattamento ambientale
40:33dato anche dall'epigenetica che ha un ruolo fondamentale
40:36in alcuni lavori come quelli per esempio riportati
40:41si definisce quello che è detto l'effetto vigneto
40:46quindi una location geografica e una specificità ambientale
40:51va ad influenzare in modo dominante il profilo di metillazione del DNA
40:57e in questo ambito quindi l'epigenetica ha in effetti un ruolo di intermediario
41:06tra l'ambiente e il genoma
41:09e i due studi riportati sono studi effettuati in territori e su varietà molto diverse
41:18hanno dato appunto risultati simili
41:21che vanno a supporto dell'epigenetica
41:25appunto coinvolta nel concetto di terroir in viticoltura
41:32anche l'aspetto della differenza
41:37della variabilità intravarietale
41:41quindi il legame dell'epigenetica e i cloni di vite è peculiare
41:46e anche in questo caso ha dei lavori di ricerca a supporto
41:53che diventano sempre più numerosi in letteratura
41:56sia diciamo lavori piuttosto datati
42:01basati sull'utilizzo di marcatori molecolari semplici
42:07ma più di recente anche lavori che sono basati su indagini epigenetiche
42:16in cui si utilizzano tecniche innovative come il next generation sequencing
42:22in cui si appunto si riesce a definire il profilo di metillazione dell'intero genoma
42:29per parlare di cloni di vite
42:32quindi si sa che questi possono avere entro la stessa varietÃ
42:38un fenotipo molto variabile
42:40anche se hanno assoluta omogeneità genetica
42:43le differenze a livello di cloni di vite
42:49non sono individuabili
42:51con i classici marcatori molecolari del DNA
42:54che vengono utilizzati invece per riconoscere le singole varietÃ
42:59neanche gli SNPs quindi i polimorfismi su singolo nucleotide
43:05che appunto sono marcatori molecolari molto utilizzati di recente
43:11ebbene appunto per diciamo avere certezza su un clone di vite
43:18non c'è possibilità di screening a livello molecolare
43:22ma diciamo si va a fiducia rispetto al vivaio fornitore
43:27in caso appunto di scelta di un determinato clone da piantare
43:31nella letteratura però si è visto che ci sono pattern di metillazione del DNA
43:38che sono in effetti clone dipendente
43:41e ci sono evidenze per cui differenze geografiche intravarietali
43:48sono rilevabili utilizzando degli specifici marcatori sensibili alla 5-metilcitosina
43:55sono definiti MSAP
43:59quindi il fenotipo di un clone che appunto può essere particolarmente variabile
44:09è dato dal genotipo più l'epigenotipo per l'ambiente di origine
44:14e questo fenotipo peculiare di un clone viene mantenuto nelle piante discendenti
44:21anche a distanza geografica e temporale
44:24nelle immagini sono riportati appunto sia un lavoro come detto
44:31fatto molto di recente con tecniche più innovative
44:36ma anche andando a lavori del passato datati
44:41si può vedere come utilizzando marcatori molecolari sensibili alla metilcitosina
44:47è possibile distinguere cloni con origini geografiche diverse
44:53l'immagine in alto è il lavoro del 2010
44:56e si può vedere come si è lavorato su quella che in passato erano definite varietà diverse
45:08che si è in realtà scoperto essere un genotipo unico
45:13in Spagna questo genotipo è chiamato garnacha
45:18in Francia grenache
45:19e in Italia addirittura diverse denominazioni a seconda della zona geografica di provenienza
45:26ovvero Cannonau, Gamè, Perugino, Toccae Rosso o Alicante
45:29ebbene andando ad analizzare il genotipo di questi cloni o biotipi
45:38con marcatori metilsensibili
45:41si riesce a clasterizzare bene l'origine geografica
45:45sia internazionale ma anche appunto a livello di biotipi stessi italiani
45:52con le varie declinazioni di nome che queste assumono
46:00un lavoro un po' più recente del 2022
46:03fatto dal gruppo di ricerca qui a Pantengo
46:06è invece quello su Sangiovese
46:08c'è stata, si può vedere nell'immagine
46:11una prima classificazione varietale
46:15in cui si sono clasterizzati i biotipi di Sanforte, Sangiovese e Montepulciano
46:21ma guardando nella parte alta dell'immagine
46:24è possibile vedere entro la varietà Sangiovese
46:28come i cloni e i biotipi si dividono in modo omogeneo
46:34per provenienza geografica
46:35sia a livello più diciamo macroscopico
46:39di porzione dell'Italia da cui questi biotipi provengono
46:45quindi a Italia centrale, del nord o del sud
46:48ma anche dove la varietà è più coltivata
46:52quindi nella regione toscana
46:54c'è una forte divisione anche per lo stesso livello provinciale
47:00quindi l'epigenetica e il profilo di metilazione del DNA
47:04in questo caso vengono mantenute nel tempo
47:08e vanno a dare informazioni
47:11sull'origine geografica del clone stesso
47:16l'epigenetica ha un ruolo chiave
47:19anche in risposta agli stress ambientali
47:22come visto in precedenza
47:25la vite è una pianta che ha necessità di far fronte
47:31in modo obbligato all'ambiente avverso
47:36per poter sopravvivere
47:37e quindi in letteratura sono presenti moltissimi lavori
47:45che supportano la regolazione epigenetica
47:50in risposta allo stress sia abiotico che biotico
47:54quindi uno stress sia ambientale
47:57che dovuto a agenti patogeni
48:00nel caso dello stress abiotico
48:03si è visto che c'è un'indotta ipermetilazione del DNA
48:08da parte di fattori esogeni
48:11come raggio UV, deficit idrico ed eccesso termico
48:14e questo tipo di stress è spesso presente
48:18in modo contemporaneo
48:20e si è visto appunto che la presenza di più stress
48:25ha un effetto additivo
48:27e l'epigenoma ha una diversa espressione genica
48:33proprio in caso di stress multipli
48:38per quanto riguarda gli stress abiotici
48:41l'incontro stesso della pianta col patogeno
48:44causa una risposta locale e sistemica
48:48che sono conosciute come SAR
48:51o Systemic Acquired Resistance
48:53o ISR
48:55Induced Systemic Resistance
48:58e quindi anche questi due tipi di meccanismi
49:03che la pianta mette in atto
49:05per riuscire a superare l'attacco di un patogeno
49:09legato all'epigenetica
49:10si sa che c'è una ridotta metilazione del DNA
49:15con un'aumentata reattività del sistema immunitario
49:20proprio dovuta a modifiche epigenetiche
49:25la risposta agli stress che avviene
49:28in particolare in vite
49:30è sia di tipo adattativo a lungo termine
49:36si parla di memoria allo stress transgenerazionale
49:41o priming come già visto
49:43ma può essere anche un adattamento transiente
49:47quindi si trova attiva la risposta allo stress
49:51soltanto al momento della necessitÃ
49:53con una risposta on-off
49:57oppure appunto l'adattamento è a lungo termine
50:02la pianta ricorda lo stress
50:04ed è capace di reagire in modo più veloce
50:08in caso di un secondo fattore stressante
50:13a distanza di tempo
50:15si è visto inoltre che
50:17sempre da lavori pubblicati
50:21che i geni maggiormente soggetti
50:25a modifiche epigenetiche
50:27sono geni chiave del metabolismo secondario
50:30in caso appunto di risposta alli stress
50:35sono appunto geni chiave del metabolismo secondario
50:40ma anche fattori di trascrizione
50:42o geni switch
50:44che sono geni interruttori di altri geni
50:48quindi quando si innesca una risposta epigenetica
50:54in risposta a
50:56in funzione della presenza di uno stress
51:00c'è poi una serie di modifiche anche metaboliche
51:04che danno dirette conseguenze
51:06sulla qualità delle uve prodotte
51:08e anche in effetti sui vini derivati
51:14per concludere dopo questa panoramica
51:18sulla conoscenza attuale in epigenetica
51:22e sulle caratteristiche di questa forma
51:26diciamo di genetica innovativa
51:30è importante ricordare che gli studi in corso
51:34sono numerosissimi
51:35ma la ricerca viene considerata ancora agli esordi
51:40l'obiettivo è quello di arrivare a conoscere
51:45esattamente come sono regolate le modifiche epigenetiche
51:51come si attivano
51:52come possono essere disattivate
51:54in modo da sfruttarle
51:56per far fronte alle problematiche
51:58e della viticoltura attuale
52:00tra le problematiche più importanti
52:04sono sicuramente quello del climate change
52:06ma anche della gestione delle malattie
52:10quindi andare ad avere la maggior parte
52:15di informazioni possibili sugli marker epigenetici
52:20capendo sia l'ereditabilitÃ
52:24ma anche la reversibilitÃ
52:26in alcuni esempi pratici
52:29possono essere quelli dello studio delle epiresistenze
52:33quindi delle strategie adattative
52:36risposta agli stress a livello epigenetico
52:40un esempio di progetto già effettuato
52:45a livello di epiresistenze
52:47è stato svolto in Riso
52:49e in particolare dall'Università di Pavia
52:53che ha indagato le resistenze presenti
52:57nei giavoni di risaia
52:59innescate da modificazioni epigenetiche
53:02dovute alla pressione selettiva degli erbicidi
53:05quindi si è visto che in Riso
53:07in questi giavoni di risaia
53:09erano presenti delle resistenze
53:11dovute a modifiche epigenetiche
53:14che si creavano proprio in conseguenza
53:19alla presenza di erbicidi nell'ambiente
53:21e la soluzione è stata quella
53:25di diminuire la pressione selettiva
53:28e aumentare la biodiversità in Risaia
53:30per riuscire a evitare lo sviluppo
53:34di queste resistenze
53:36e appunto un meccanismo simile
53:39legato alla viticoltura
53:41potrebbe essere maggiormente indagato
53:45sempre prospettive future o futuristiche
53:51sono quelle di mettere in pratica
53:53l'editing epigenetico o l'epimutagenesi
53:56quindi andare ad usare l'epigenetica
54:01per modulare l'espressione di un gene
54:04senza però modificare la sequenza del DNA
54:08quindi modificando semplicemente
54:11con dei riarrangiamenti a livello chimico
54:15di filamento del DNA
54:17o di proteine legate al DNA
54:19si fa editing senza andare a creare
54:23organismi geneticamente modificati
54:26e quindi sicuramente più accettabili
54:29anche a livello etico
54:31anche un'altra prospettiva futura o futuristica
54:36è quella di mettere in campo l'epi breeding
54:38quindi per avere un miglioramento genetico
54:42è più accessibile
54:45e anche più rapido a livello temporale
54:48questo perché sarebbe importante
54:55riuscire a creare un'epigenetica clonale
54:59quindi con il concetto di epicloni
55:02andando a sondare la diversità intravarietale
55:09alla ricerca di cloni resilienti
55:11con una variabilità naturale
55:14e tratti fenotipici desiderabili
55:17questo in una sola generazione
55:20proprio perché appunto per delle modifiche
55:24soltanto a livello di filamento
55:26non è necessaria tutta la pratica
55:30che richiede un dispendio
55:33di un numeroso, di molto tempo
55:38come è il breeding tradizionale
55:40in particolare si parla di epiloci o epi QTL
55:44che sono eventualmente trovare
55:48dei tratti fenotipici desiderabili
55:51all'interno del genoma
55:53appunto determinati dall'epigenetica
55:57e non dalla sequenza
55:58infine si può parlare di RNA interferente
56:03anche come prospettiva futura
56:05e in questo caso esistono già dei progetti in corso
56:09e soprattutto e come esempio
56:13per lo sviluppo di biopesticidi target specifici
56:16in particolare con l'utilizzo di RNA a doppio filamento
56:20e in questo ambito
56:22l'obiettivo è quello di silenziare
56:26geni di suscettibilità a un patogeno
56:29e in questo caso anche in vite ci sono degli esempi di silenziamento
56:34per esempio di geni di suscettibilità all'oidio
56:37con queste tecniche
56:38ma anche usare come target sia geni del patogeno
56:43che geni di resistenza all'estress
56:46per aumentare la resilienza delle viti
56:51la lezione si conclude qui
56:54io vi ringrazio per aver scelto di partecipare
56:57e vi ringrazio per l'attenzione
56:59in caso di domande o richieste di informazioni
57:03il mio contatto è presente nell'ultima slide
57:06Grazie a tutti