Svelato il genoma della patata

Ha più geni di noi, è stato difficile da decifrare, spiega i perchè della carestia irlandese dell'800 e una complessa storia evolutiva

di Massimo Sandal

ORMSKIRK, ENGLAND - OCTOBER 13: Potatoes wait to be bagged at the farm of Robin Cropper in Lancashire on October 13, 2010 in Ormskirk, England. During national potato week many farmers are harvesting their crops later than normal as the hot summer delayed growth and recent rains made the soil heavier for lifting. (Photo by Christopher Furlong/Getty Images)

Oggi le diamo per scontate (nel 2009 abbiamo prodotto 330 milioni di tonnellate di tuberi), ma non fu sempre così. Fino a meno di cinquecento anni fa furono il cibo privilegiato su cui si reggeva l’impero degli Inca. Il conquistador Gonzalo Jimenez de Quesada le portò dalle Ande in Europa solo nel 1565. All’inizio molti europei diffidarono della pianta, tanto che venne incolpata di causare sifilide e lebbra, e nel ‘600 a Besançon in Francia fu addirittura vietata. Venne redenta dalla stessa accademia di Besançon nel 1771, quando, all’indomani di una carestia, si accorsero del suo potenziale nutritivo. Fu Luigi XVI in persona a incentivarne la coltivazione: Maria Antonietta si legava fiori di patata ai capelli. Le patate diedero l’energia necessaria alla rivoluzione industriale dell’800, donando le calorie necessarie agli operai nelle fabbriche del nord dell’Inghilterra: per Friedrich Engels, furono tanto importanti quanto il ferro. E le patate cambiarono per sempre la storia dell’Irlanda, quando una malattia le fece marcire in massa, causando la tragica carestia irlandese del 1845.

Questa pianta umile, fondamentale e onorata svela adesso i suoi residui segreti grazie agli sforzi del Potato Genome Sequencing Consortium – guidato dallo Scottish Crop Research Institute di Dundee, in Scozia, che ha annunciato oggi su Nature la sequenza del genoma della patata.

Sequenziare il DNA della patata è stato sorprendentemente complicato. In primo luogo è un genoma piuttosto grande: codifica infatti per 39.031 geni – contro i circa 23.000 del genoma umano. Inoltre, a differenza dell’uomo, ogni cellula di patata contiene quattro copie di ciascun cromosoma, non solo due. Ogni copia tende a essere piuttosto diversa dalla sorella, confondendo le acque quando si tratta di assemblare insieme il genoma – in pratica è come dover assemblare correttamente 4 puzzle solo leggermente diversi partendo dai pezzi mescolati. Per ottenere la sequenza i ricercatori hanno dovuto quindi trovare una varietà che avesse solo due copie di ciascun cromosoma, semplificando il lavoro – e poi hanno usato questa come guida per le normali varietà con quattro copie.

Lungi dall’essere “intelligentemente progettato”, come vorrebbero i creazionisti, il DNA della patata rivela chiaramente come mai la pianta sia stata suscettibile a devastanti malattie come quella che affamò l’Irlanda. Si scopre che i cromosomi della patata sono infatti martoriati da mutazioni deleterie di tutti i tipi: numerose copie dei geni sono, in almeno un cromosoma, assenti, difettose o inattivate. Nelle Ande ci sono tuttora migliaia di varietà naturali della pianta, quindi i difetti di un tipo sono bilanciati dai difetti di un altro, e la specie continua a incrociarsi ed esistere vigorosamente. Le varietà coltivate però non hanno la stessa biodiversità, e quindi tendono a essere tutte suscettibili nello stesso modo. Inoltre la fragilità del genoma spiega anche come mai sia notoriamente più difficile selezionare nuove varietà di patate rispetto a quelle di altre piante coltivate.

Ma il DNA della patata porta anche i segni di una storia evolutiva non meno interessante della sua storia alimentare. Confrontandolo con altri genomi di piante già disponibili (ad esempio quello dell’uva, o del mais), si nota come il genoma della patata si sia formato da eventi critici di “duplicazione genomica” – ovvero di eventi nella genealogia della specie in cui il numero di cromosomi è raddoppiato. Questo permette all’evoluzione di avere numeroso materiale grezzo su cui lavorare: se all’inizio le due copie di un gene sono identiche, nel corso delle generazioni queste possono man mano divergere, facendo cose diverse, arricchendo alla fine le potenzialità del genoma. L’evento fondamentale di duplicazione della linea evolutiva della patata sembra essere avvenuto circa 67 milioni di anni fa – guarda caso, poco prima dell’estinzione dei dinosauri.

L’evoluzione della patata è però curiosa perchè patate e pomodori, per esempio, sono diventate specie distinte circa 10 milioni di anni fa – eppure sono piante molto diverse: le patate, in particolare, sono le uniche della loro famiglia a produrre tuberi. Il genoma ha rivelato come i geni coinvolti nella formazione dei tuberi nelle radici siano gli stessi che controllano la formazione e lo sbocciare dei fiori, un esempio brillante di come l’evoluzione riutilizzi gli stessi “pezzi” per creare rapidamente funzionalità nuove.

Chiaramente, la speranza dei ricercatori è che questa messe di dati permetta finalmente di agire razionalmente per rendere la patata più resistente alle malattie, facilmente coltivabile e più ricca dal punto di vista nutritivo. Glenn Bryan, dello Scottish Crop Research Institute, ha dichiarato a Nature che “alla fine, quello che vogliamo è mettere queste informazioni in azione e generare nuove varietà”.