Introduzione: Il Paradigma della Biodiversità nel Contesto dell’Erosione Genetica

L’agricoltura moderna si trova ad affrontare una sfida paradossale: la necessità di aumentare la produzione alimentare per una popolazione globale in crescita, in un contesto di cambiamenti climatici accelerati e di risorse naturali in diminuzione. La “Rivoluzione Verde” della metà del XX secolo ha risposto a questa domanda attraverso lo sviluppo di cultivar ad alto rendimento, caratterizzate da una ridotta taglia (grazie ai geni Rht), una maggiore risposta ai fertilizzanti azotati e una notevole uniformità genetica. Tuttavia, questo successo produttivo ha comportato un costo ecologico e biologico significativo: l’erosione genetica. La sostituzione delle varietà locali (landraces), selezionate empiricamente dagli agricoltori nel corso di millenni, con un numero limitato di cultivar d’élite ha drasticamente ridotto la base genetica delle colture principali, rendendo gli agroecosistemi più vulnerabili a nuovi patogeni e stress abiotici.

In questo scenario critico, la regione del Mediterraneo, e la Puglia in particolare, assume un ruolo strategico come centro di diversificazione secondaria per i cereali, specialmente per il frumento duro (Triticum turgidum ssp. durum) e tenero (Triticum aestivum). La millenaria storia agricola di questa regione ha generato un mosaico di agro-ecotipi adattati a specifiche nicchie pedoclimatiche, caratterizzati da meccanismi di resilienza unici. Il progetto SaveGrain (declinato nelle sue componenti SaveGrain-CER per i cereali e SaveGrain-Leg per le leguminose), finanziato nell’ambito del Programma di Sviluppo Rurale (PSR) della Regione Puglia, rappresenta una risposta scientifica strutturata a questa emergenza. Non si tratta di una mera operazione nostalgica o museale, bensì di un programma di ricerca avanzata che integra la conservazione ex situ e in situ con la più moderna caratterizzazione genomica e fenotipica.

L’obiettivo di questo saggio è analizzare in profondità i risultati scientifici emersi dal progetto, disaggregando i dati genetici, agronomici e biochimici per comprendere come la diversità custodita nelle varietà locali pugliesi possa essere tradotta in innovazione varietale (pre-breeding) e in valore aggiunto per le filiere agroalimentari locali. L’analisi si avvale di una vasta mole di dati sperimentali prodotti da partner scientifici d’eccellenza, tra cui l’Istituto di Bioscienze e BioRisorse del CNR (IBBR-CNR) e l’Università degli Studi di Bari, utilizzando tecnologie “omiche” di ultima generazione per decodificare il genoma e il proteoma di varietà storiche come “Dauno III”, “Grano Ricco”, “San Pasquale” e “Grano Buono di Rutigliano”.

Metodologie di Indagine: Dalla Morfologia alla Genomica ad Alta Risoluzione

La validità scientifica dei risultati ottenuti dal progetto SaveGrain risiede nella robustezza metodologica adottata. Storicamente, la classificazione delle risorse genetiche vegetali si basava su descrittori morfologici (fenotipo visibile), quali l’altezza della pianta, il colore delle glume, la forma della spiga e la presenza di ariste. Sebbene utili per una prima distinzione tassonomica, questi caratteri presentano limiti intrinseci: sono spesso influenzati dall’interazione genotipo-ambiente (GxE), possono essere soggettivi nella rilevazione e, soprattutto, sono poco numerosi rispetto alla vastità del genoma.

L’Avvento della Genotipizzazione SNP (Single Nucleotide Polymorphism)

Per superare i limiti della caratterizzazione morfologica, i ricercatori del progetto SaveGrain hanno implementato piattaforme di genotipizzazione ad alta densità basate su marcatori SNP (Single Nucleotide Polymorphism). Gli SNP rappresentano la forma più abbondante di variazione genetica nel genoma delle piante, costituita dalla sostituzione di un singolo nucleotide nella sequenza del DNA. A differenza dei marcatori di vecchia generazione come gli SSR (Simple Sequence Repeats), gli SNP possono essere analizzati in parallelo su larga scala (migliaia o milioni di loci contemporaneamente) attraverso l’uso di microarray o tecniche di sequenziamento.

Nello specifico, sono stati utilizzati array specifici per il frumento, come il Wheat 90K iSelect SNP array e il 25K SNP array. Questi strumenti contengono sonde molecolari capaci di interrogare decine di migliaia di posizioni specifiche lungo tutti i cromosomi del frumento (genomi A e B per il duro; A, B e D per il tenero). L’applicazione di questa tecnologia ha permesso di:

1. Stimare la Diversità Nucleotidica: Calcolare con precisione i tassi di eterozigosità ed omozigosità all’interno delle popolazioni locali, rivelando la loro struttura genetica intima.
2. Costruire Mappe di Linkage: Posizionare fisicamente i geni di interesse sui cromosomi, facilitando l’identificazione di QTL (Quantitative Trait Loci) associati a caratteri produttivi o di resistenza.
3. Eseguire Studi di Associazione (GWAS): Correlare statisticamente la presenza di specifiche varianti alleliche con tratti fenotipici misurati in campo, senza la necessità di creare popolazioni sperimentali di incrocio ad hoc.

Tecnologie di Sequenziamento DArTseq

Oltre agli array a base fissa, in alcuni studi correlati al germoplasma mediterraneo e inclusi nell’analisi comparativa, è stata utilizzata la tecnologia DArTseq (Diversity Arrays Technology sequencing). Questo metodo combina la riduzione della complessità del genoma tramite enzimi di restrizione con il sequenziamento di nuova generazione (NGS). Il vantaggio del DArTseq risiede nella sua capacità di scoprire nuove varianti genetiche non presenti nei chip standard (che sono spesso disegnati su varietà moderne), permettendo di esplorare la frazione “nascosta” della diversità genetica presente nelle varietà antiche e selvatiche.

Analisi della Struttura di Popolazione e Diversità Genetica

Uno dei risultati cardine del progetto SaveGrain è la ridefinizione della “identità genetica” delle varietà locali pugliesi. L’analisi molecolare ha sfatato il mito della varietà locale come entità monolitica e immutabile, rivelando invece una complessa architettura popolazionistica.

Il Gradiente di Diversità Intra-Varietale: Eterogeneità vs. Fissazione

L’analisi dei dati SNP ha evidenziato una dicotomia fondamentale nella struttura genetica delle accessioni studiate. I ricercatori hanno osservato che, mentre alcune varietà locali mantengono un elevato grado di polimorfismo interno (diversità intra-accessione), altre si presentano geneticamente molto uniformi, quasi assimilabili a linee pure.⁷

Varietà Locale	Specie	Livello di Diversità Intra-Varietale (Eterozigosità)	Interpretazione Genetica ed Evolutiva
Bianchetta	T. aestivum	9.5%	Popolazione Dinamica: Costituita da una miscela di genotipi diversi (multilinee). Questa elevata eterogeneità suggerisce una pressione selettiva meno stringente o una consuetudine degli agricoltori di mescolare sementi, garantendo una straordinaria plasticità adattativa (buffering ecologico).
Grano Ricco	T. durum	9.4%	Pool Genico Complesso: Simile alla Bianchetta, presenta numerosi aplotipi coesistenti. Geneticamente affine a varietà siciliane (“Russello”, “Timilia”), indica antiche rotte di scambio sementiero e adattamento a climi aridi.
Dauno III	T. durum	3.2%	Transizione: Livello intermedio di diversità. Probabilmente sottoposto a una selezione storica più mirata per caratteri qualitativi (es. semola), riducendo la base genetica rispetto alle popolazioni più “selvatiche”.
San Pasquale	T. durum	1.5%	Quasi-Linea Pura: Estremamente uniforme. Geneticamente distante dal gruppo “Grano Ricco”, mostra affinità con cultivar mediterranee selezionate. La sua stabilità lo rende un candidato ideale per l’iscrizione ai registri varietali senza necessità di selezione massale conservativa intensa.
Saragolla	T. durum	Variabile	Complesso Varietale: Il termine “Saragolla” indica spesso un gruppo varietale (affine al Khorasan) piuttosto che una singola varietà. L’analisi molecolare è cruciale per distinguere le accessioni autentiche locali dalle introduzioni commerciali moderne omonime.

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Questa variabilità nei tassi di diversità interna ha profonde implicazioni per la conservazione on-farm. Le varietà come “Bianchetta” e “Grano Ricco” richiedono strategie di mantenimento che preservino l’intera popolazione per evitare la deriva genetica e la perdita di alleli rari; la selezione di una singola “spiga tipica” porterebbe a un impoverimento immediato del loro potenziale evolutivo. Al contrario, “San Pasquale” si presta più facilmente a schemi di conservazione convenzionali.

Analisi Filogenetica e Relazioni con il Germoplasma Mediterraneo

L’utilizzo di algoritmi di clustering (come Neighbor-Joining e Maximum Likelihood) e analisi delle coordinate principali (PCoA) ha permesso di posizionare le varietà pugliesi nel contesto più ampio della biodiversità del frumento. I risultati dimostrano che le landraces pugliesi non sono isolate, ma fanno parte di una metapopolazione mediterranea interconnessa, pur mantenendo caratteri distintivi.

1. Il Cluster “Siculo-Pugliese”: È emersa una chiara affinità genetica tra “Grano Ricco” e le storiche varietà siciliane “Russello” e “Timilia”. Questo raggruppamento suggerisce un continuum genetico nel Sud Italia, probabilmente favorito dagli scambi commerciali storici del Regno delle Due Sicilie. Queste varietà condividono adattamenti specifici agli ambienti caldo-aridi (strategie di drought escape o tolleranza osmotica).
2. Il Cluster “Mediterraneo Orientale”: Varietà come “Dauno III” e “San Pasquale” si collocano in un cluster distinto, geneticamente più vicino a germoplasma proveniente da altre aree del Mediterraneo o a vecchie costituzioni varietali (es. “Cappelli”, derivato a sua volta dalla selezione genealogica della popolazione nordafricana “Jenah Rhetifah”). Questo indica che la Puglia ha agito come un crocevia genetico, integrando e adattando germoplasma esotico nel corso dei secoli.
3. Distanza dalle Cultivar Moderne: Un dato costante è la netta separazione genetica tra le landraces (sia pugliesi che di altra origine) e le cultivar d’élite post-Rivoluzione Verde (es. “Svevo”, “Simeto”, “Claudio”). Questa divergenza quantifica l’effetto dei “colli di bottiglia” selettivi imposti dal breeding moderno, confermando che le varietà locali custodiscono alleli ormai assenti nel panorama varietale commerciale.

Caratterizzazione Fenotipica: Resilienza e Performance Agronomica

Se la caratterizzazione molecolare definisce il “potenziale”, quella fenotipica ne misura l’espressione reale nell’ambiente. Il progetto SaveGrain ha condotto prove sperimentali parcellari per valutare le performance agronomiche delle varietà recuperate, sfatando il mito della loro improduttività assoluta e evidenziando tratti di resilienza cruciali per l’agricoltura sostenibile.

Efficienza Produttiva e Componenti della Resa

Sebbene le varietà moderne siano imbattibili in condizioni ottimali ad alto input (irrigazione, fertilizzazione spinta), le landraces pugliesi hanno mostrato performance sorprendenti in condizioni di basso input (low-input farming) o biologico, tipiche delle aree marginali del Sud Italia.

• Resa per Spiga e Peso dei Semi: Varietà come “Grano Ricco” e “Dauno III” compensano la minore densità di spighe a metro quadro (dovuta alla taglia alta e al minore accestimento rispetto alle nane) con una straordinaria fertilità della spiga e un elevato peso dei mille semi (TKW). Il TKW è un parametro fondamentale per l’industria molitoria, in quanto correla positivamente con la resa in semola.
• Taglia Alta e Competizione: La taglia elevata (spesso >120 cm), dovuta all’assenza degli alleli nani Rht (Reduced height), sebbene esponga al rischio di allettamento in caso di eccesso di azoto, conferisce un vantaggio competitivo decisivo contro le erbe infestanti, riducendo la necessità di diserbo chimico. Inoltre, è spesso associata a un apparato radicale più profondo ed esplorativo, capace di intercettare acqua e nutrienti negli strati profondi del suolo.

Resistenza Biotica: Il Caso Studio del Locus Pm36

Uno dei successi scientifici più tangibili del progetto, in collaborazione con programmi di ricerca internazionali, è stata l’identificazione e la mappatura fine di geni di resistenza all’oidio (Powdery Mildew, causato da Blumeria graminis f. sp. tritici). Le malattie fungine rappresentano una delle principali cause di perdita di resa, e la resistenza genetica è l’unica alternativa sostenibile ai fungicidi.

I ricercatori hanno focalizzato l’attenzione su una linea di introgressione derivata dall’incrocio tra il frumento duro (cv. Latino) e il farro selvatico (Triticum turgidum ssp. dicoccoides), parente ancestrale delle varietà locali.

• Discovery: Attraverso l’analisi di segreganti in popolazioni BIL (Backcross Inbred Lines) e l’uso del chip SNP 25K, è stato identificato un locus maggiore di resistenza, denominato Pm36, situato sul braccio corto del cromosoma 5B (5BS).
• Fine Mapping: Grazie alla densità dei marcatori SNP, il locus è stato ristretto a un intervallo fisico di soli 1.08 Mb (tra 1.9 Mb e 3.0 Mb nel genoma di riferimento di farro selvatico).
• Candidati Genici: L’analisi bioinformatica della regione ha identificato geni candidati che codificano per proteine NBS-LRR (Nucleotide Binding Site – Leucine Rich Repeat), una classe classica di geni di resistenza.
• Implicazioni per SaveGrain: L’allele di resistenza Pm36 è stato rintracciato non solo nel selvatico, ma anche in accessioni di farro coltivato (T. dicoccum) e landraces antiche, dimostrando che queste varietà fungono da “ponte” per recuperare resistenze perdute. I marcatori SNP associati (es. IWB22904) sono ora disponibili per trasferire questa resistenza nelle varietà pugliesi tramite selezione assistita (MAS), potenziando la loro difesa naturale.

Nutritional Genomics e Qualità Tecnologica: Luci e Ombre

Il progetto SaveGrain ha investito notevoli risorse nella caratterizzazione biochimica e nutrizionale delle granelle, per fornire basi scientifiche alla valorizzazione commerciale. I risultati offrono un quadro sfaccettato, che smentisce alcune semplificazioni del marketing ma conferma proprietà funzionali di grande interesse.

Il Paradosso del Glutine: Tossicità vs. Variabilità

Un tema caldo è la presunta “atossicità” o “maggiore digeribilità” del glutine dei grani antichi. Le analisi proteomiche condotte dall’Università di Foggia e dal CNR hanno fornito risposte rigorose.

• Quantificazione degli Epitopi: Utilizzando tecniche avanzate di spettrometria di massa (LC-MS/MS) e saggi ELISA, i ricercatori hanno quantificato i peptidi immunogenici (quelli che scatenano la reazione celiaca), in particolare il peptide 33-mer della $\alpha$-gliadina e i peptidi della $\gamma$-gliadina.
• Risultati Controintuitivi: Contrariamente alle aspettative, molte varietà antiche hanno mostrato concentrazioni di peptidi tossici superiori o uguali a quelle delle cultivar moderne. Il caso emblematico è la varietà “Dauno III”, che ha evidenziato una sovraespressione della $\omega$5-gliadina, una proteina associata all’anafilassi da sforzo dipendente dal grano (WDEIA). Anche peptidi della $\alpha$-gliadina sono risultati abbondanti.
• Conclusioni sulla Celiachia: I dati scientifici di SaveGrain affermano inequivocabilmente che le varietà locali pugliesi non sono adatte ai celiaci. Tuttavia, l’analisi PCA ha mostrato una maggiore variabilità nei profili proteici delle varietà antiche rispetto a quelle moderne. Questa diversità biochimica potrebbe implicare una diversa cinetica di digestione o una diversa interazione col sistema immunitario in soggetti con sensibilità al glutine non celiaca (NCGS), sebbene ciò richieda ulteriori studi clinici.

Amido Resistente e Fibra: L’Eccellenza del “Dauno III”

Se sul fronte glutine il “Dauno III” presenta criticità, sul fronte dei carboidrati si è rivelato un fuoriclasse, offrendo prospettive entusiasmanti per la nutraceutica.

• Resistant Starch (RS): L’amido resistente è quella frazione di amido che non viene digerita nell’intestino tenue e giunge intatta nel colon, dove agisce come prebiotico fermentabile dal microbiota, producendo acidi grassi a catena corta (SCFA) benefici. Le analisi sugli sfarinati integrali hanno mostrato che mentre le cultivar moderne hanno livelli di RS trascurabili (<0.6%), il “Dauno III” raggiunge picchi dell’8.5% (P < 0.05).
• Fibra Solubile: Parallelamente, questa varietà ha mostrato il più alto contenuto di fibra solubile (4.2%), confermando un profilo nutrizionale eccezionale in termini di potenziale riduzione dell’indice glicemico.
• L’Effetto del Processo Tecnologico: Uno studio cruciale ha però evidenziato che il processo di pastificazione e cottura (gelatinizzazione dell’amido) abbatte drasticamente il contenuto di RS. Nella pasta cotta, il valore di RS del “Dauno III” scende all’1.7%, allineandosi a quello delle varietà moderne. Questo risultato scientifico impone una riflessione tecnologica: per valorizzare il “Dauno III”, è necessario sviluppare protocolli di trasformazione “delicati” (es. basse temperature, tempi ridotti) o utilizzarlo in prodotti da forno a ridotto impatto termico (es. pane a lievitazione lenta con pasta madre, che potrebbe favorire la retrogradazione dell’amido).²¹

Profili Pigmentari e Geni AO

Il colore giallo della semola, dovuto ai carotenoidi (luteina), è un parametro di qualità essenziale. Studi di espressione genica comparativa (tra la cv. “Ciccio” a basso colore e “Svevo” ad alto colore) hanno identificato nel gene AO-A3 (Aldeide Ossidasi) un regolatore chiave. L’allele presente nelle varietà a basso colore è più attivo nella degradazione dei carotenoidi durante la maturazione della granella. La caratterizzazione degli alleli AO-A3 nelle varietà SaveGrain permette ora di prevedere il potenziale di colorazione e di selezionare genotipi che mantengano un colore giallo brillante, tratto richiesto dal mercato della pasta di alta qualità.²⁴

Valorizzazione e Strategie di Conservazione

Il progetto SaveGrain ha integrato i dati genetici in un modello di conservazione olistico, che supera la dicotomia tra conservazione statica (genebank) e dinamica (campo).

Il Ruolo della Banca del Germoplasma (IBBR-CNR)

La componente ex situ è gestita dalla Banca del Germoplasma di Bari, la seconda più grande al mondo per numero di accessioni (oltre 84.000). Qui, i semi delle varietà recuperate vengono deidratati e conservati a -20°C per garantire la sopravvivenza a lungo termine. Il progetto ha permesso di:

1. Razionalizzare la Collezione: Usando i fingerprinting SNP, sono stati identificati ed eliminati i duplicati ridondanti, ottimizzando le risorse.
2. Gap Analysis: Sono state identificate aree geografiche della Puglia sotto-rappresentate nelle collezioni storiche, orientando nuove missioni di raccolta mirate.

Conservazione On-Farm e Agricoltori Custodi

La componente in situ si basa sulla rete degli “Agricoltori Custodi”. I risultati genetici (alta eterogeneità intra-varietale in varietà come “Bianchetta”) confermano che la conservazione in campo è essenziale per permettere l’evoluzione continua (evolutionary breeding). Mantenendo le popolazioni nel loro ambiente, esse continuano ad adattarsi ai cambiamenti climatici annuali. Il progetto ha fornito a questi agricoltori sementi “risanate” e caratterizzate, e ha supportato l’iscrizione delle varietà nel Registro Regionale delle Risorse Genetiche Autoctone, passo legale necessario per la commercializzazione delle sementi di varietà da conservazione.

Tracciabilità Molecolare e Marchi di Qualità

Un’applicazione diretta dei dati genomici è la tracciabilità. Per prodotti di alto valore come il “Grano Buono di Rutigliano”, le cui caratteristiche organolettiche e la cui attitudine alla cucina (es. cottura veloce senza ammollo, gusto intenso) sono celebrate localmente, la protezione dalle frodi è vitale. Il pannello di SNP identificato dal progetto funge da “codice a barre” molecolare inalterabile. Questo dato scientifico è la base per i disciplinari di produzione di marchi come i PAT (Prodotti Agroalimentari Tradizionali) o i Presidi Slow Food, garantendo che ciò che il consumatore acquista sia geneticamente autentico.

Conclusioni: Verso una Nuova Genetica Agraria

L’analisi scientifica dei risultati del progetto SaveGrain consegna alla comunità scientifica e agricola un patrimonio di conoscenze di inestimabile valore.

1. Biodiversità come Risorsa Dinamica: Le varietà locali pugliesi non sono fossili, ma popolazioni evolutivamente attive. La loro struttura genetica complessa (eterogeneità) è una strategia biologica di resilienza che l’agricoltura moderna deve imparare a mimare.
2. Genomica per la Tradizione: L’applicazione di tecnologie avanzate (SNP arrays, GWAS) non ha “snaturato” le varietà antiche, ma ne ha rivelato il valore nascosto (geni di resistenza come Pm36, tratti nutrizionali come l’amido resistente).
3. Innovazione nella Conservazione: Il modello integrato (Genebank + Agricoltori + Ricerca Genomica) rappresenta un benchmark per la gestione dell’agrobiodiversità in Europa.
4. Futuro del Pre-Breeding: Le accessioni caratterizzate (es. Dauno III, Grano Ricco) sono ora pronte per essere usate nei programmi di miglioramento genetico, non solo per trasferire singoli geni, ma per infondere nuova variabilità allelica nelle cultivar del futuro, necessarie per affrontare l’emergenza climatica.

In definitiva, SaveGrain dimostra che la scienza più avanzata è l’alleato più potente della tradizione agricola, fornendo le chiavi di lettura per trasformare il passato genetico della Puglia in un futuro agricolo sostenibile e resiliente.

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Tabella di Sintesi: Parametri Chiave delle Varietà SaveGrain

Varietà / Popolazione	Specie (Triticum)	Eterozigosità (Diversità)	Tratto Peculiare Identificato	Marker/Gene Chiave	Utilizzo Potenziale
Dauno III	durum	3.2% (Media)	Amido Resistente (8.5%), Fibra Solubile alta, Tossicità Glutine alta	Putativi SBEIIa/SSIIa	Pasta funzionale (processi low-heat), Pre-breeding per qualità
Grano Ricco	durum	9.4% (Alta)	Alta Resa per spiga, tolleranza aridità, affinità Siciliana	Genome-wide SNPs	Agricoltura low-input, Breeding per tolleranza siccità
Bianchetta	aestivum	9.5% (Altissima)	Massima plasticità, struttura multilineaa	Genome-wide SNPs	Coltivazione aree marginali, conservazione evolutiva
San Pasquale	durum	1.5% (Bassa)	Uniformità fenotipica, stabilità produttiva	Genome-wide SNPs	Filiera monovarietale di alta qualità, genitore stabile
Pop. dicoccoides	durum (intro)	N/A	Resistenza Oidio (Powdery Mildew)	Gene Pm36 (5B), SNP IWB22904	Introgressione resistenza in cultivar moderne (MAS)
Grano Buono Rutigliano	durum	N/A	Cucina rapida, caratteristiche organolettiche uniche	Fingerprint SNP specifico	Gastronomia tipica, Presidio Slow Food, PAT