Applicazioni del DNA barcoding per la tracciabilità dei prodotti agro-alimentari

The DNA barcode (DNA Barcoding) is a DNA sequence that uniquely identifies each living species, just as a barcode identifies each item for sale in a store. The sequence of a barcode gene must be sufficiently different between species and species, so that each identified sequence can be uniquely attributed to a single species of origin. Therefore, since sequence variations are observed in many genes even within a species, the interspecific variation of the barcode region must be larger than the intra-specific one. The use of DNA Barcoding for the traceability of food products along the production chain, which in many cases undergo physical and chemical transformation processes, can be adversely affected by DNA alterations or fragmentations. Thus, the fingerprinting techniques based on nuclear DNA analysis are not always applicable, as they require a high quality of DNA to allow a successful analysis. As an alternative to nuclear DNA, analyses based on short fragments of mitochondrial DNA in the case of animals or chloroplastic DNA in plants have been proposed due to their small sizes, because they are less prone to fragmentation and above all are present in many copies in each cell. The 5 'end of the mitochondrial gene cox1 (mitochondrially encoded cytochrome c oxidase I) has been suggested as a standard region in the DNA barcode for animals. This region does not ensure complete taxonomic resolution, but it is characterized by a good approximation and is now considered the reference region for metazoans. In plants, mitochondrial DNA is characterized by greater intra-molecular recombination, therefore its resolution in identification may be less effective. The search for a cox1 analogue in plants has focused on the plastid genome. Several highly conserved plastid genes such as rpoB (RNA polymerase beta subunit), rpoC1 (RNA polymerase beta subunit) and rbcL (Ribulose bisphosphate carboxylase large chain) or a portion of matK (Megakaryocyte-Associated Tyrosine Kinase), have been proposed as barcode regions. Intergenic distance such as trnH-psbA, atpF-atpH and psbK-psbI were also tested as characterized by rapid evolution. Currently, the effectiveness of DNA barcoding methods is also provided by the availability of public databases such as the BOLD (Barcode of Life Database) or GenBank in which the sequenced genomic fragments can be compared with the reference sequences. In this final report, in addition to the different DNA barcoding techniques used in the animal and plant fields, the results obtained following the application of this technique in a wide range of food products, in order to guarantee food safety and identify fraud and counterfeits, are also reported.

Il codice a barre del DNA (DNA Barcoding) è una sequenza di DNA che identifica in modo univoco ogni specie vivente, proprio come il codice a barre identifica ogni oggetto in vendita in un negozio. La sequenza di un gene barcode deve essere sufficientemente diversa tra specie e specie in modo che ogni sequenza identificata possa essere univocamente attribuita da un’unica specie di origine. Pertanto, poichè in molti geni si osservano variazioni di sequenza anche all’interno di una specie, la variazione interspecifica della regione barcode deve essere maggiore rispetto alla variazione intra-specifica. L’utilizzo del DNA Barcoding per la tracciabilità dei prodotti agroalimentari lungo la filiera produttiva, che in molti casi subiscono processi di trasformazione fisica e chimica, può essere influenzata negativamente da alterazioni o frammentazioni del DNA. Pertanto, risultano poco applicabili le tecniche di fingerprinting basate sull’analisi del DNA nucleare, in quanto richiedono un’alta qualità del DNA per consentire un’analisi di successo. In alternativa al DNA nucleare è stata proposta l’analisi basata su brevi frammenti di DNA mitocondriale nel caso degli animali o cloroplastico nei vegetali, entrambi di piccole dimensioni, meno soggetti a frammentazioni e soprattutto presenti in molte copie in ciascuna cellula. L’estremità 5’ del gene mitocondriale cox1 (mitochondrially encoded cytochrome c oxidase I) è stata suggerita come regione standard nel DNA barcode per gli animali. Questa regione non assicura una completa risoluzione tassonomica, ma è caratterizzata da una buona approssimazione ed oggi è considerata la regione di riferimento per i metazoi. Nelle piante il DNA mitocondriale è caratterizzato da una maggiore ricombinazione intra molecolare, perciò la sua risoluzione nell’identificazione può essere meno efficace. La ricerca di un analogo di cox1 nelle piante si è focalizzato sul genoma plastidiale. Diversi geni plastidiali altamente conservati quali rpoB (RNA polimerase beta subunit), rpoC1 (RNA polimerase beta subunit) e rbcL (Ribulose bisphosphate carboxylase large chain) o una porzione di matK (Megakaryocyte-Associated Tyrosine Kinase), sono stati proposti come regioni barcode. La distanza intergenica come trnH-psbA, atpF-atpH e psbK-psbI sono anche state testate in quanto caratterizzate da rapida evoluzione. Attualmente l’efficacia dei metodi di DNA barcoding è anche fornita dalla disponibilità di database pubblici come la BOLD (Barcode of Life Database) o GenBank in cui i frammenti genomici sequenziati possono essere comparati con le sequenze di riferimento. In questa relazione finale oltre alle diverse tecniche di DNA barcoding utilizzate in campo animale e vegetale, sono anche riportati i risultati ottenuti a seguito dell’applicazione di questa tecnica in un’ampia gamma di prodotti alimentari allo scopo di garantire la sicurezza alimentare ed identificare frodi e contraffazioni.