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Dalle risaie ai geni: come utilizzare i tratti quantitativi per migliorare le rese delle colture?
Mentre il mondo si trova ad affrontare la minaccia della crescita demografica e del cambiamento climatico, aumentare le rese delle colture è diventato un obiettivo impellente della ricerca agricola. I tratti complessi, i fenotipi controllati da più geni, sono importanti per comprendere il modo in cui le colture rispondono ai cambiamenti ambientali e quindi migliorano la resa. In questo articolo esploreremo come affrontare questa sfida quantificando i tratti.
Panoramica dei tratti complessi
I tratti complessi sono anche chiamati tratti poligenici e sono solitamente influenzati da più geni e fattori ambientali. Ad esempio, la resa e il colore delle colture sono caratteristiche complesse e l'espressione di queste caratteristiche spesso mostra continui cambiamenti. Contrariamente alle leggi mendeliane sull'ereditarietà, questi tratti non possono essere spiegati dalla trasmissione di un singolo gene.
La stragrande maggioranza delle caratteristiche sono caratteristiche complesse e riguardano tutti gli aspetti delle colture.
Analisi dei tratti quantitativi
Nella ricerca, l'analisi quantitativa dei tratti è ampiamente utilizzata per esplorare il modo in cui i geni influenzano la resa delle colture. Questi tratti possono essere suddivisi nelle seguenti categorie:
1. Caratteristiche quantitativeI tratti quantitativi possono spesso essere valutati come valori continui e sono influenzati da più geni. Ad esempio, il numero di chicchi di riso o la resa del mais sono entrambi caratteri quantitativi e queste colture presentano rese diverse a causa di influenze genetiche e ambientali. Analizzando queste caratteristiche, i ricercatori possono comprendere come i geni interagiscono per migliorare le rese delle colture.
2. Definizione delle caratteristiche
Rispetto ai tratti quantitativi, i tratti finiti sono espressi come numeri interi, come il numero di uova deposte da una gallina a settimana. Questa caratteristica ha una risposta adattiva più significativa all'ambiente. Analizzando le sue prestazioni in diversi ambienti, gli scienziati sono in grado di cogliere i fattori chiave della crescita delle colture.
3. Tratti sogliaI tratti soglia sono tratti correlati alle condizioni di salute, come l'insorgenza di una malattia. Tali tratti sono spesso determinati da molteplici fattori genetici e ambientali. Ad esempio, lo sviluppo del diabete è spesso influenzato da molti geni e può variare in base ai cambiamenti nello stile di vita.
Metodi per trovare tratti complessi
I ricercatori hanno utilizzato diversi metodi per individuare i geni associati ai tratti quantificati. Ecco i metodi principali:
1. Studi sui gemelliGli studi sui gemelli analizzano gli effetti dei fattori ambientali sulle caratteristiche delle colture osservando le prestazioni di gemelli monozigoti (geni identici) e di gemelli dizigoti (geni diversi). Questo metodo può identificare efficacemente l'ereditarietà di vari tratti.
2. Mappatura dei loci dei tratti quantitativi (QTL)
La mappatura QTL è una tecnica per analizzare l'associazione tra geni e tratti. Attraverso la genotipizzazione di un gruppo di genotipi di colture che si comportano in modo diverso e confrontandone i fenotipi, i ricercatori possono identificare regioni genetiche che possono influenzare tratti specifici. Sebbene questo processo sia complesso, rivela la tecnologia chiave per aumentare le rese delle colture.
3. Studio di associazione genomica (GWAS)La mappatura dei QTL può identificare regioni genetiche e orientare gli obiettivi della ricerca futura.
Il GWAS rileva le variazioni in tutti i loci genici confrontando una popolazione che esprime una caratteristica specifica con una popolazione che non presenta quella caratteristica. Questo approccio non solo aiuta a identificare le varianti genetiche, ma comprende anche il ruolo dei fattori ambientali nelle prestazioni delle colture.
Esplorazione della struttura dell'organizzazione genica
L'organizzazione genetica è il processo di comprensione di tutti i fattori genetici che influenzano una particolare caratteristica. Attraverso l'elaborazione di modelli matematici e analisi statistiche, i ricercatori possono comprendere meglio il modo in cui più geni interagiscono tra loro e valutare simultaneamente gli effetti dei geni in diversi ambienti.
ConclusioneLo studio dei tratti complessi rivela la complessità dell'interazione tra geni e ambiente.
Sebbene ricerche approfondite abbiano evidenziato l'esistenza di numerosi geni e delle loro interazioni che influenzano la resa delle colture, restano ancora molte sfide, in particolare nello stabilire in che modo questi geni influenzino specificamente le prestazioni. Poiché la necessità globale di aumentare la produzione alimentare sta diventando sempre più urgente, possiamo trovare modi più efficaci per sfruttare queste caratteristiche complesse per migliorare le rese dei raccolti?
