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Perché la Rivista “Agroindustria”? Gli scenari in cui si colloca Il settore agricolo fornisce la materia prima per molte industrie trasformatrici; il comparto (agroindustria) si presenta sempre più organizzato e integrato, con trend crescente di fatturato, di unità impegnate e di attività dell’indotto. Nel settore delle piante per usi alimentari (piante food), il consumo dei prodotti trasformati dall’industria (per esempio, gli orticoli) tende ad aumentare e si presenta molto diversificato: oltre al prodotto fresco (I gamma), a quello conservato in scatola (II gamma) ed a quello surgelato (III gamma), sono entrati nel mercato i prodotti della cosiddetta IV gamma (ortaggi lavorati, tagliati e confezionati, pronti per l’uso) e della V e VI gamma (prodotti precotti e grillati). Inoltre, l’alimentazione si scopre essere il più potente fattore di mantenimento della salute e di prevenzione nella comparsa di alcune patologie tra le più diffuse nella popolazione; attualmente, si sta perciò assistendo ad un progressivo rafforzamento dell’attenzione da una qualità della nutrizione ad una nutrizione finalizzata al miglioramento dello stato di salute; sicchè, i paradigmi che hanno declinato il settore alimentare possono essere considerati, in ordine temporale: quantità, qualità, nutrizione, prevenzione. Intanto, i tradizionali metodi di produzione agricola (caratterizzati da elevati apporti di energia sussidiaria, specializzazione estrema dei sistemi produttivi, riduzione della diversità genetica) hanno esasperato le caratteristiche proprie degli agroecosistemi, i cui effetti si sono manifestati con eccedenze produttive (concentrate nei Paesi sviluppati) e vivibilità compromessa dell’ambiente. È emersa sempre più la necessità di gestire l’azienda secondo i criteri dell’agricoltura sostenibile, riducendo l’inquinamento, l’impiego di mezzi tecnici ottenuti da materie prime non rinnovabili e promuovendo la valorizzazione delle risorse aziendali. In tale contesto, vanno assumendo importanza le colture a destinazione non alimentare, rappresentate da diverse specie, le più importanti delle quali (in base alle conoscenze disponibili, alle ricerche già svolte ed all’interessamento delle industrie trasformatrici) possono alimentare quattro grandi filiere: Amido, Energia, Fibra e Cellulosa, Oli industriali. Com’è noto, una caratteristica che accomuna le colture industriali (alimentari e non) è che il loro impiego risulta strutturato in filiere, con il collegamento stretto fra le successive fasi della catena: produzione in campo della materia prima, raccolta e trasferimento del prodotto all’industria di trasformazione, grande distribuzione organizzata dei prodotti derivati, distribuzione al dettaglio, consumo. Ciascun segmento della filiera presenta peculiarità proprie e sollecita interventi specifici di ricerca e sperimentazione; le informazioni che scaturiscono da questi interventi devono essere prontamente portate all’attenzione dei tecnici e degli operatori (utenti della ricerca) per essere calate nella realtà operativa e promuovere l’avanzamento delle conoscenze nei specifici settori. Tale concetto, ovvio e di validità generale, è particolarmente pertinente al settore agro-industriale, nel quale scelte sbagliate in un segmento della filiera possono avere conseguenze negative sia a valle che a monte della catena. La nuova rivista “Agroindutria” si propone come strumento essenziale per veicolare tali informazioni. Il profilo scientifico La rivista ospiterà lavori scientifici originali inerenti le tematiche (agronomiche, patologiche, genetiche e miglioramento genetico, fisiologiche, biologiche, biochimiche, tecnologiche, energetiche, economiche, ecc.) integrate nelle varie filiere. Tali informazioni saranno fruite da un pubblico di specialisti comprendente operatori del mondo della ricerca, docenti e studenti universitari e delle scuole superiori, tecnici agricoli. Esse saranno poi divulgate al mondo operativo ed al pubblico dei non specialisti ad opera dei tecnici di base e dei divulgatori locali che operano sul territorio. Perciò, lo spazio che la rivista si propone di occupare si colloca a monte di quello occupato dalle riviste divulgative (L’Informatore Agrario, Terra e Vita, Agrisole, Agrimese, ecc.) e subito a valle di quello occupato dalle riviste scientifiche internazionali. Senza sminuire l’importanza per un Ricercatore di pubblicare su riviste internazionali, alcuni risultati meritano di essere portati all’attenzione diffusa delle realtà scientifiche e sperimentali nazionali, più di quanto possa assicurare una rivista internazionale. La veste editoriale La rivista ha cadenza quadrimestrale ed è retta da un direttore responsabile, affiancato da un comitato scientifico e da una segreteria di redazione. L’editorial board include competenze che coprono le varie aree tematiche e disciplinari delle principali filiere agroindustriali. La direzione della rivista troverà nel comitato dei referee il supporto per garantire l’alto profilo scientifico dei contenuti e la loro aderenza al target della rivista. A sua volta, il comitato scientifico sarà supportato, nell’espletamento della propria attività, dalla segreteria di redazione; questa, d’intesa con la direzione, invia i lavori ai referee, recepisce le osservazioni che scaturiscono dal lavoro di revisione, le trasmette agli autori, tiene i contatti con il pubblico e gli abbonati. La rivista, in lingua italiana, ospiterà solamente lavori scientifici e review su particolari argomenti, queste ultime richieste dalla direzione a personalità autorevoli in questi settori. Gli articoli, organizzati nel modo tradizionale (testo, tabelle, grafici, figure), comprenderanno un riassunto in italiano ed uno in inglese; quest’ultimo, ampio, dovrà contenere con chiarezza tutte le informazioni utili ai lettori di lingua inglese per la piena comprensione del lavoro. Mentre esprimo gli auspici che la rivista possa essere apprezzata e rappresentare un punto di riferimento in virtù della sua indipendenza e della qualità scientifica e tecnica delle informazioni diffuse, desidero ringraziare il MiPAF che ha condiviso e apprezzato tale progetto, i colleghi dell’ISCI per la collaborazione che mi assicurano, nonché tutti gli amici che con le loro critiche, suggerimenti o proposte mi aiuteranno a migliorare il periodico ed a colmare le inevitabili lacune. Editoriale Why publish “Agroindustria”? Background scenario Agriculture supplies raw materials to many processing industries; it is a growing business currently upgrading and providing an increasing number of jobs with a positive knock-on effect in other sectors. Nowadays, large quantities of vegetables are processed by industry: for fresh, packaged and frozen foods, but also for pre-cut and pre-cooked foods. Food is, moreover, an important factor in health and the prevention of common illnesses; food production has thus gone from criteria based on quantity to quality, and from there to the increasing importance of nutrition and the prevention of diseases. Traditional agriculture has been a high energy user, a reducer of genetic diversity and an overproducer (in developed countries). All this has placed the environment at risk. Sustainable growth has become the buzz word of an entire generation of farmers leading to the reduction of pollution and use of non-renewable raw materials, but also to a general rethink of the role of agriculture in the modern world. Today agriculture produces not just food, but starch, energy, fibre, cellulose and industrial oils. Production – whether in food or non-food sectors – is based on a chain of suppliers, processors and distributors reaching consumers. Each link in the chain requires special attention and research to improve efficiency. This is particularly true in the agro-industrial sector where mistakes can impact heavily on both sides of the chain. “Agroindustria” is a journal dedicated to providing information to all links in the chain. Scientific content The journal will publish original scientific articles on subjects including agronomy, disease, genetics, plant breeding, biology, bio-chemistry, technology, energy, economics and others. This information is intended for specialist readers: researchers, University Professors, teachers and technicians. Our aim is not to add to the magazines addressed to the general public nor to copy leading international scientific journals. Some research requires a broad scientific audience, including domestic rather than only international specialists. Editorial content The journal will come out three times a year and is headed by a Director working with a scientific committee and editors skilled in all fields of the production chain. Referees will guarantee the high level of scientific reporting and suitability for the target readership. The editors will co-ordinate the work of referees, the Scientific Committee and authors, dealing with revisions and liasing with subscribers and readers. The Italian language journal will publish only scientific works and reviews on particular erquested topics. The lay-out will be conventional, with text, tables, graphs and figures. Each article will include an abstract in Italian and a longer one in English generally summarising all the data. It is our hope that the journal will make an authoritative and independent contribution to the development of agriculture in the coming years. I would like to thank my colleagues at ISCI for all their help, and friends for constructive criticism, suggestions and proposals today and in the future. Paolo Ranalli
Variabilità e mappatura di marcatori molecolari RAPD in Cannabis sativa L. G. Mandolino, A. Carboni, M. Bagatta, P. Crucitti e P. Ranalli Istituto Sperimentale per le Colture Industriali, Via di Corticella 133 - 40128 Bologna RIASSUNTO I marcatori molecolari sono stati impiegati con successo per l’analisi genetica e la caratterizzazione della struttura genetica di varietà e popolazioni di canapa, utilizzando la tecnica RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA). Vengono presentati i risultati riguardanti l’analisi molecolare di sei diverse varietà di Cannabis sativa, e l’analisi della progenie di un incrocio fra una pianta femminile appartenente alla varietà Carmagnola e una pianta monoica appartenente ad una accessione proveniente da banca di germoplasma. I risultati evidenziano che il livello di polimorfismo entro le varietà dipende dal pedigree del materiale analizzato, essendo più elevato nelle varietà Carmagnola e Fibranova e via via più limitato nelle varietà monoiche e da droga. È stato inoltre possibile raggruppare loci RAPD in una mappa molecolare preliminare di Carmagnola e di una accessione monoica italiana. Infine, vengono discusse le applicazioni delle tecniche impiegate all’analisi del fenotipo chimico di Cannabis sativa L. Parole chiave: Cannabis, RAPD, variabilità genetica, mappa molecolare, chemotipo. ABSTRACT Variability and molecular mapping of RAPD markers in Cannabis sativa L. We used the RAPD technology to assess the degree and extent of genetic variation in six varieties of Cannabis sativa L. of different genetic structure. The cvs. studied were a dioecious ecotype (Carmagnola), a selection derived from it (C.S.), a cross-bred dioecious variety (Fibranova), a crossbred monoecious variety (Fibrimon), a full-sib dioecious drug strain (Northern Lights) and a female inbred line (b92.73.2.13). Five decamer primers were used on DNAs from 10 single individuals of each variety; 102 loci were scored upon analysis. Polymorphisms were found to be highest for cv Fibranova (85.5%), which also showed the highest number of scored loci (83), the lowest average allele frequency (0.42) and the highest levels of heterozygosity (0.26). Carmagnola and C.S. showed a slightly lower polymorphisms (79.4 and 78.9%), accompanied by a lower loci number (68 and 71) and heterozygosity (0.20) and by a higher average allele frequency (0.46-0.47). Northern Lights and Fibrimon showed lower polymorphism (61.3 and 57.3%), a lower number of loci (62 and 61) and lower heterozygosity (0.15), but a higher tendency to have fixed loci (av. allele frequency 0.64 and 0.67 respectively, computed on all RAPD loci scored for each variety). The inbred line b92.73.2.13, being selfed twice upon partial sex reversion, showed the narrowest variability, with only 45 loci scored, 31.1% polymorphism, only a negligible heterozygosity (0.05) and a high number of fixed loci (av. allele frequency 0.79). The partition of variance evaluated by AMOVA showed that, considering cumulatively all the varieties, 48.8% of the variance was due to differences between varieties, and 51.2% to differences between the individuals within varieties. These data confirm the high diversity found in Cannabis, and the existence of a single, widely shared gene pool. A 40-plants F progeny from a cross between a female Carmagnola plant and a monoecious accession 1 from Braunschweig’s germplasm bank was examined for segregation of RAPD markers. It was found that 181 out of 674 total scorable loci (26.8%) segregate 1:1 in the F , allowing the construction of a 1 preliminary map for Carmagnola (66 markers on 11 linkage groups) and for the monoecious accession (43 markers distributed on 9 linkage groups). The consequences and possibilities of exploiting the obtained data for the marker-assisted selection for important traits, such as monoeciousness and chemotype, are also discussed. Key words: Cannabis, RAPD, variability, molecular linkage map, chemotype. INTRODUZIONE Negli ultimi 15 anni, l’uso dei marcatori molecolari per la caratterizzazione ed identificazione di genotipi vegetali o di specifici caratteri ha facilitato enormemente lo studio dei genomi vegetali. In particolare, l’avvento di tecniche di analisi molecolare basate sulla PCR (Polymerase Chain Reaction; Mullis, 1990) ha reso veloce e affidabile Autore corrispondente: G. Mandolino - Istituto Sperimentale Colture Industriali, Via di Corticella, 133 - 40128 Bologna, Italia Tel. (051) 6316832 - Fax (051) 374857 e-mail: g.mandolino@isci.it. Lavoro svolto con finanziamento MiPAF nell’ambito del Progetto “Canapa per fibra tessile: dalla produzione alla utilizzazione”. l’impiego dei marcatori a DNA per il miglioramento genetico delle specie coltivate. Il costo unitario dell’utilizzo di queste tecniche si è abbassato sufficientemente da consentire la loro applicazione anche dalle ditte sementiere medio-piccole. Di conseguenza, le informazioni sui polimorfismi genetici, le mappe molecolari e i marcatori associati a determinati caratteri agronomici sono cresciuti esponenzialmente e sono stati estesi a specie vegetali poco studiate fino a pochi anni fa. La canapa non costituisce un’eccezione, dal momento che a partire dal 1995 hanno cominciato a comparire sulle riviste internazionali articoli riguardanti la genomica della canapa. Sono noti i motivi che hanno suscitato l’interesse per l’introduzione della coltura della canapa, e sono stati trattati in dettaglio in altre sedi (Ranalli et al., 1999): necessità di una coltura che tolleri un basso input di fertilizzanti chimici e di pesticidi, potenziale alto valore aggiunto dei prodotti finali, riscoperta delle fibre e dei prodotti naturali. Allo stesso modo, sono ben note le difficoltà che si incontrano nelle varie fasi della utilizzazione della canapa, analizzate in dettaglio negli altri articoli di questo numero monografico. Dal punto di vista della genetica e della sua applicazione al miglioramento genetico, l’avvento delle tecniche di biologia molecolare ha permesso di approfondire le conoscenze su questa pianta. In particolare, i marcatori molecolari consentono di campionare i “loci” del genoma in studio, visualizzandone la variabilità presente fra diversi individui di una popolazione o varietà, fra diverse varietà e sottospecie, nonché di stimare parametri come il livello di eterozigosi di una specie o varietà, la percentuale di loci con alleli fissati, cioè non più segreganti, ed infine di riunire queste informazioni, identificate da singoli marcatori, in mappe di linkage che possono comprendere caratteri di interesse per la selezione (quali il chemotipo, cioè il tipo o la quantità di cannabinoidi), fornendo così uno strumento utile per la selezione (Marker Assisted Selection o MAS). I marcatori molecolari sono stati utilizzati con successo nello studio di diverse specie che hanno caratteristiche di allogamia simili alla canapa, quali Solanum tuberosum, Medicago sativa, Lolium perenne, Camellia sinensis e altre. In molti di questi studi sono stati impiegati marcatori RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA; Williams et al., 1990), molto semplici da visualizzare, così che in tempi relativamente brevi possono essere individuati molti “loci” che però restano anonimi per quanto riguarda la funzione del relativo DNA. Tuttavia, per i marcatori RAPD occorre prestare particolare attenzione alla riproducibilità dei frammenti ottenuti mediante PCR. Nel presente lavoro, verranno illustrati i risultati ottenuti durante lo studio della struttura genetica di popolazioni e varietà di Cannabis sativa L., da fibra o da droga, utilizzando marcatori RAPD; verrà presentata una mappa molecolare preliminare derivante da un incrocio fra due piante di diversa provenienza, e i risultati verranno discussi con particolare riferimento alla genetica del chemotipo ed alla possibilità di individuare marcatori ad esso associati. I risultati ottenuti ampliano le conoscenze sui diversi Agroindustria / Aprile 2002 3
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