In poco più di sette ore, Patrick Tranel, specialista in erbe infestanti dell'università dell'Illinois ha ottenuto più informazioni genetiche riguardanti l'Amaranthus tuberculatus (Water hemp=canapa d'acqua -> , spesso indicato come coincidente con l'Amaranthus rudis), che durante due anni in laboratorio. L'informazione genetica è stata ottenuta utilizzando la tecnologia della piro-sequenziamento genetico (o piro-sequenziazione genetica ), al Keck Center dell'Università dell'Illinois. Il sequenziamento genetico ottenuto permetterà agli scienziati di studiare la resistenza dell'Amaranthus tuberculatus agli erbicidi.

Dieci anni fa la genomica era riservata a ciò che Tranel denomina 'le specie importanti', come gli uomini le mucche, la frutta, le mosche e i topi. 'Ciò è cambiato adesso che quelle specie sono state già sequenziate. Adesso possiamo cominciare a sviluppare la genomica delle infestanti per cominciare a comprenderle meglio.

'Con questo tipo di tecnologia, è possibile sviluppare qualsiasi tipo di dato genomico in modo relativamente economico e veloce, per questo motivo è utile effettuare ciò in alcune di queste specie ancora non decifrate come appunto le erbe infestanti. Siamo in grado ora di cominciare a produrre dati che 5 anni fa avrebbero avuto un costo proibitivo'. Tranel crede che l'Amaranthus tuberculatus sia la prima erba erba infestante ad essere sequenziata per mezzo di questa tecnologia.

La macchina che effettua il piro-sequenziamento emette un segnale luminoso che viene catturato ogni volta che un nucleotide sia incorporato dentro una catena di DNA in crescita. 'La ragione del fatto che questa operazione sia così veloce è che essa viene effettuata in parallelo', sostiene Tranel. 'Il piatto ha migliaia di minuscoli (tiny) pozzi ed una reazione di sequenziamento procede simultaneamente all'interno di ciascuno di essi. Vi è poi una cinepresa che monitorizza la luce simultaneamente per ciascuno di questi pozzi e così in sette ore e mezza si originano un milione di letture'.

Tranell ha spiegato che sebbene la ricerca più tradizionale sulla resistenza agli erbicidi richiede anni, essa è più gene-specifica. 'Noi abbiamo campionato piante, le abbiamo portate in serra, le abbiamo fatte crescere, confermato che esse erano resistenti (agli erbicidi) e quindi abbiamo cominciato a incrociare piante resistenti con piante sensibili. Abbiamo poi controllato la progenie per vedere se la resistenza veniva ereditata per capirne la genetica; se si basa su un tratto dominante, o recessivo'.'Il piro-sequenziamento è molto più simile al gettare semplicemente una rete – sappiamo che siamo destinati ad avere continue resistenza ad altri erbicidi, che possono colpire altri geni e non vogliamo impiegare due anni cercando ogni volta il gene (responsabile). Questo èun modo per acquisire tutti i geni in una volta sola'.

Tutti i dati di questa sperimentazione sono disponibili al pubblico: 'C'è un sito internet dove vi potete recare ed ottenere una sequenza che si basa su 3 milioni di coppie di basi. In questo modo chiunque può ottenerla ed usare quella informazione'.

Tranel riferisce che l'identificazione della resistenza alle infestanti è un risultato immediato derivante dal disporre di dati genetici: 'Una volta che noi otteniamo la sequenza di un gene di resistenza, possiamo sviluppare dei test molecolari che sono specifici per la mutazione di resistenza'. 'Noi possiamo prendere un campione di Amaranthus tuberculatus da un campo che è stato trattato ed in cui esso non è morto e possiamo confermare se esso è resistente, o no perché conosciamo la sequenza genica e conosciamo la mutazione ed il meccanismo'.

L'avere i dati genomici completi dell'Amaranthus tuberculatus aiuterà gli scienziati non solo ad identificare, ma anche a capire la resistenza e come essa evolva. Riferisce Tranel: 'Se si capisce come essa evolve ciò può aiutare a escogitare strategie che se non possono prevenire il suo evolversi, almeno rallentare la frequenza con cui ciò accade'.

Riferisce Tranel: 'Se usate lo stesso erbicida anno dopo anno, state effettuando una pressione selettiva – state selezionando quella rara pianta, o mutazione che sopravviverà. Quando voi fate ciò e uccidete tutte le altre piante che siano più deboli, il mutante sopravvive, come tutta la sua progenie e questo è il motivo per il quale la resistenza si sviluppa. E' l'evoluzione in azione'.

Questo dato genomico aiuterà anche a rispondere a domande di più ampio interesse riguardo le infestanti,come ad esempio: Perché vi sono alcune piante infestanti? Cosa trasforma una pianta in un'infestante? E' qualche gene? E' il modo in cui i geni sono espressi?

'Queste sono domande che dieci anni fa non potevamo fare perché non conoscevamo i geni. Adesso siamo al punto di partenza per fare ciò e su ampia scala. Possiamo farlo con l'Amaranthus tuberculatus e possiamo farlo con una qualsiasi altra erba infestante e poi possiamo confrontarle; vi sono cose che queste due infestanti hanno in comune, che le possano differenziare da una pianta di mais e di soja, che spieghi perché esse siano infestanti?' Questo è una specie di primo passo nella direzione di iniziare a sviluppare il tipo di informazioni che ci permetteranno di porre questo genere di domande'.

L'Amaranthus tuberculatus (waterhemp=canapa d'acqua) è un problema del Midwest (statunitense), riferisce il Dott. Tranel, ma questa pianta appartiene al genere Amaranthus, che comprende infestanti che costituiscono un problema in tutto il mondo come ad esempio l'Amaranthus retroflexus (Pigweed, o Redroot, o Redroot pigwed = amaranto comune). 'Dato che esse appartengono allo stesso genere, i loro genomi sono molto conservati. In tal modo se voi disponete della sequenza del gene PPO di Amaranthus tuberculatus, potete utilizzare la stessa informazione per ottenere il gene PPO di Amaranthus retroflexus. Sarebbe una sequenza simile'.

Avere questa informazione è come costruire una scatola degli attrezzi, riferisce Tranel. 'Noi stiamo sviluppando tutte queste risorse e le stiamo mettendo nel nostro refrigeratore. Quando abbiamo un interesse riguardo la resistenza ad un erbicida A che si focalizza su un enzima B, possiamo andare al refrigeratore, o al computer e ottenere la sequenza genica per quell'enzima'.

Tranel riferisce che poiché l' Amaranthus tuberculatus è compreso nelle infestanti del gruppo dell'amaranto, esso è un buon modello per la genomica delle infestanti. 'Uno scienziato delle infestanti che operi in Georgia (USA), dove vi è molto Amarantacea palmeri (Palmer amaranth), un'altra amarantacea che ha sviluppato resistenza agli erbicidi, può dirigersi diritto verso quell'archivio ed ottenere i dati sulla sequenza genica'.

Un altro risultato del disporre di questi dati genomici è l'essere in grado di progettare marcatori; in questo modo è possibile prendere le impronte digitali di singole piante di Amaranthus tuberculatus ed utilizzare questa informazione per effettuare studi sulla genetica delle popolazioni.

'Se constatate l'esistenza di resistenza nel nord dell'Illinois ed un anno dopo la stessa resistenza in una popolazione del sud dell'Illinois, una delle cose che volete sapere nella gestione della resistenza è se essa si è evoluta, o se invece si verifichi qui e poi un agricoltore ha spostato una mietitrebbia e quello è il motivo per cui la resistenza arriva qui giù? O la resistenza si sviluppa qui ed indipendentemente giù nel sud dell'Illinois?'

Il comprendere come la resistenza si sviluppi ha implicazioni per la gestione delle infestanti. 'Se essa si sta evolvendo molte volte (separatamente), bisogna stare attenti a ciò che si fa nel proprio appezzamento, dovunque essa si evolva una volta e si stia muovendo intorno; quindi bisogna fare attenzione a ciò che stanno facendo i propri vicini. E' importante sapere come si sta evolvendo, come si sta diffondendo'.

'Se disponete di questi strumenti di identificazione genetica, che siamo in grado di creare, grazie a questa ricerca,possiamo andare a guardare queste popolazioni e vedere se sono geneticamente simili, che suggerirebbe vi sia stato un evento di spostamento. Se esse sono completamente differenti, ciò suggerirebbe che si stanno evolvendo in modo indipendente'.

Il sostegno economico per questa ricerca è stata fornito dall'associazione della soja dell'Illinois. L'articolo:'Campionamento del genoma dell'Amaranthus tuberculatus (Waterhemp), utilizzando la tecnologia del piro-sequenziamento'è sztato pubblicato nel numero del 2009 della rivista 'Weed Science'.