Il sequenziamento del genoma di peperone (Capsicum annuum) e applicazioni nel miglioramento genetico

Il sequenziamento dell'intero genoma delle specie vegetali è un obiettivo che si sta raggiungendo negli ultimi anni e riveste un'enorme importanza. Nel caso dei prodotti agricoli è fondamentale per studiarne evoluzione e caratteristiche ma anche per il miglioramento genetico, permettendo di selezionare colture maggiormente produttive o in grado di resistere ad agenti patogeni o a condizioni ambientali sfavorevoli. In questo elaborato vengono esposti i risultati di alcuni studi relativi al sequenziamento del DNA del genere Capsicum, costituito dai comuni peperoni e peperoncini, di cui nella prima parte sono descritte le caratteristiche. Nella seconda parte vengono illustrate le più importanti tecniche di sequenziamento del DNA le quali hanno avuto, a partire dagli anni '60 e in maniera maggiore negli ultimi 20 anni, un grande sviluppo che ha permesso, da un lato miglioramenti nell'efficienza, nella precisione e nella velocità e dall'altro una diminuzione dei costi. Nell'ultima parte vengono riportati i risultati del sequenziamento e dell'analisi del DNA di tre specie del genere Capsicum. La dimensione del genoma del peperone è risultata circa quattro volte più grande di quella del pomodoro e della patata, appartenenti tutti alla stessa famiglia delle Solanaceae; la causa dell'espansione del genoma del peperone rispetto a quello del pomodoro e della patata è stata individuata nella presenza di un maggior numero di elementi trasponibili, segmenti di DNA che si spostano all'interno del genoma, in particolari di quelli detti LTR (Long Terminal Repeat). Come dimostrato in uno degli studi analizzati, il numero di geni in grado di conferire alle piante la resistenza agli agenti patogeni è stato notevolmente aumentato a seguito del meccanismo di 'retroduplicazione', mediato dagli stessi trasposoni LTR. Successivamente vengono riportati i risultati dell'applicazione di una nuova tecnologia di sequenziamento detta ¿Linked-Read¿; si è evidenziato come questa permette di confrontare direttamente e in modo economicamente conveniente i genomi di piante complesse come il peperone assemblati de novo invece di utilizzare un genoma di riferimento. La disponibilità della sequenza del genoma del peperone ha permesso di studiare regioni genomiche precise; in particolare è stato possibile identificare marcatori collegati al locus Pvr4, che conferisce resistenza a tre patotipi di Potyvirus (PVY) e marcatori SNP (Single-Nucleotide Polymorphism, polimorfismi a singolo nucleotide) correlati alla resistenza all'oidio (Powdery Mildew, PM) in due varietà di peperone. I risultati rivelano che gli SNP relativi ai geni di resistenza alle malattie sono prevalentemente distribuiti nel quarto cromosoma. Infine sono riportati i risultati di diverse analisi effettuate con lo scopo di comprendere i meccanismi che determinano la piccantezza nel genere Capsicum: è stato dimostrato infatti che le differenze nell'espressione genica e nell'attivazione dell'enzima capsaicina sintasi (CS) modificano la biosintesi dei capsaicinoidi, sostanze responsabili della piccantezza del peperoncino, e che la mancanza di piccantezza nei peperoni dolci è determinata da un'estesa delezione nel gene denominato Pun1.