Interventi ecosostenibili sulle criticità della produzione del seme di finocchio e basilico
Author(s)
Bernabei, Guido
Date Issued
November 11, 2021
Type
Doctoral Thesis
Abstract
A livello europeo, l’Italia si conferma tra i paesi leader nel settore della produzione sementiera di specie ortive e aromatiche. Si tratta tuttavia di un comparto che richiede continua innovazione per far fronte alle mutate condizioni climatiche e ambientali nonché alle esigenze del consumatore e dell’industria di trasformazione, garantendo in maniera sostenibile elevati livelli di competitività all’intero sistema produttivo. In tale contesto il presente lavoro, svolto in collaborazione con l’azienda sementiera LA SEMIORTO Sementi (Sarno, Salerno), si è posto l’obiettivo di affrontare alcune criticità di due importanti filiere produttive quali quelle del basilico e del finocchio, attraverso l’impiego di tecnologie innovative sostenibili e lo sviluppo di nuove conoscenze in ambito molecolare.
La prima problematica, comune a entrambe le filiere, rientra nel contesto del controllo degli stress biotici, in particolare di patogeni fungini. L’impiego di varietà resistenti appare come un metodo alternativo a quello chimico in quanto consente di eliminare o quanto meno ridurre gli interventi con fitofarmaci a vantaggio della qualità delle produzioni e della conservazione ambientale. Primo obiettivo di questa tesi è stato pertanto la selezione di varietà resistenti a tre diversi agenti patogeni quali Sclerotinia sclerotiorum in finocchio e Peronospora belbahrii e Fusarium oxysporum f.sp. basilici in basilico. Verso questi patogeni che riducono fortemente la redditività delle coltivazioni con enormi rischi, come nel caso del basilico per l’industria del pesto, non esistono attualmente mezzi efficienti di controllo. A riguardo, sono stati reperiti e mantenuti in collezione i patogeni, sono state messe a punto le tecniche d’inoculazione artificiale in ambiente controllato, sono state individuate le fonti di resistenza all’interno della variabilità naturale e sono state effettuate le prime ibridazioni per il trasferimento in germoplasma di pregio sviluppato dall’azienda sementiera LA SEMIORTO Sementi.
Negli ultimi anni, anche in finocchio, la costituzione di varietà ibride ha subìto un forte incremento e l’ottenimento di seme ibrido F1 ha rappresentato un traguardo importante per poter raggiungere elevate rese produttive, qualità del grumolo e resistenza a stress biotici e abiotici. La produzione di ibridi F1 è ampiamente facilitata dalla disponibilità di linee maschio sterili le quali consentono di evitare lunghe e dispendiose operazioni di emasculazione manuale necessarie per effettuare l’incrocio controllato. La maschio sterilità in pianta è un fenomeno complesso che, nelle linee maschio sterili (MS) di finocchio maggiormente caratterizzate, ha un controllo di tipo citoplasmatico. Secondo obiettivo di questa tesi è stato quello di approfondire i meccanismi molecolari alla base della maschio sterilità citoplasmatica (Cytoplasmic Male Sterility o CSM) in una linea MS di finocchio disponibile presso la ditta LA SEMIORTO Sementi. A tale scopo si è proceduto al sequenziamento del DNA mitocondriale in linee isogeniche maschio sterili e maschio fertili con l’obiettivo di individuare eventuali varianti (SNP, inserzioni, delezioni) in geni potenzialmente coinvolti nella sterilità maschile di finocchio. Lo studio molecolare del carattere in questione è finalizzato ad un’efficiente produzione di seme ibrido.
Limitatamente alla filiera del finocchio, l’attività della tesi è stata focalizzata su un’altra criticità legata alle prime fasi del ciclo della pianta ovvero la germinabilità dei semi. Ad oggi, con un sistema vivaistico sempre più specializzato, è di cruciale importanza disporre di semente caratterizzata da una buona energia germinativa per ridurre i costi di gestione e garantire l’ottenimento di piantine più vigorose in grado di rispondere con efficacia a stress di vario genere. Il terzo obiettivo è stato quindi quello di sviluppare protocolli relativi all’applicazione di sostanze biostimolanti attraverso il metodo priming. Tale metodologia, che rientra nel contesto della “tecnologia del seme”, consiste in un processo d’idratazione controllata che viene interrotto poco prima della protrusione della radichetta; questo permette di garantire una migliore sincronizzazione della germinazione e un migliore vigore delle piantine.
At the European level, Italy is confirmed as one of the leading countries in the sector of seed production for vegetable and aromatic species. However, this sector requires continuous innovation to cope with the climate changes and the environmental conditions as well as with the consumer and processing industry needs, so ensuring high levels of competitiveness in a sustainable manner for the entire production system. In this context, the present work, carried out in close collaboration with the Italian seed company LA SEMIORTO Sementi (Sarno, Salerno - Italy), has the objective to address some critical issues of two important production chains such as those of basil and fennel through the use of innovative sustainable technologies and the development of new knowledge at the molecular level.
The first problem, common to both species, falls within the context of the control of biotic stresses, in particular fungal pathogens. The development of resistant germplasm appears as an alternative method to the chemical one as it allows to eliminate or at least reduce the use of pesticides with advantages for the production quality and the environmental conservation. Therefore, the first objective of the thesis was the selection of germplasm resistant to three different pathogens such as Sclerotinia sclerotiorum in fennel as well as Peronospora belbahrii and Fusarium oxysporum f.sp. basilici in basil. Currently, there are no efficient means of controlling these pathogens that greatly reduce the profitability of crops with enormous risks, as for the pesto industry in basil. In this regard, the pathogens were found and kept in the collection, the artificial inoculation techniques under controlled environmental conditions were developed, some sources of resistance within the natural variability were identified and then started to be transferred into valuable germplasm developed by the seed company LA SEMIORTO Sementi.
In recent years, even in fennel the constitution of F1 hybrids has undergone a strong increase and the obtaining of seed hybrid has represented an important milestone to achieve high yields, quality, and resistance to biotic and abiotic stresses. Production of F1 hybrids is greatly facilitated by the availability of male sterile lines, which allow to avoid long and expensive manual emasculation operations required to carry out the controlled hybridizations. Male sterility in plants is a complex phenomenon that has a cytoplasmic control in fennel. The second objective of this thesis was to investigate the molecular mechanisms underlying cytoplasmic male sterility (Cytoplasmic Male Sterility or CSM) of a fennel MS line available at LA SEMIORTO Sementi. For this, mitochondrial DNA sequencing in male sterile and male fertile isogenic lines was carried out with the aim of identifying any variants (SNPs, insertions, deletions) in genes potentially involved in the male sterility character. The molecular studies of the trait are aimed at an efficient production of F1 hybrid seeds. For the fennel production chain, the thesis activity was focused on another critical issue related to the early stages of the plant cycle, namely the seed germination. To date, with an increasingly specialized nursery system, it is of crucial importance to have seeds characterized by a good germination energy to reduce management costs and ensure the achievement of more vigorous seedlings capable of responding effectively to various types of stresses. The third goal was therefore to develop protocols on the application of biostimulating substances through the priming method. This methodology, which falls within the context of "seed technology", consists of a controlled hydration process that is interrupted just before the radicle protrusion; this allows to guarantee a better synchronization of the seed germination and a better seedling vigour.
Additional information
Dottorato di ricerca in Scienze delle produzioni vegetali e animali
File(s)![Thumbnail Image]()
Name
gbernabei_tesid.pdf
Size
4.99 MB
Format
Adobe PDF
Checksum (MD5)
e8e06be5eab0dc5231220c648dd52b88