La ruggine del grano, un flagello incombente

La ruggine del grano è una malattia delle piante causata da una specie di fungo, una muffa, chiamata Puccinia graminis. Il suo ciclo biologico è complesso e lungo, comportando a lungo andare la morte della pianta dopo un’aggressiva azione. Gli effetti sull’agricoltura sono pesantissimi: non solo danni ingenti per i lavoratori, ma anche e soprattutto la minaccia di possibili carestie in molti paesi (in particolare nel terzo mondo) nel caso in cui un’epidemia di ruggine del grano andasse fuori controllo e devastasse ettari e tonnellate di frumento. Nemmeno i paesi più avanzati possono stare tranquilli, si stima che più del 20% dei raccolti di grano negli Stati Uniti fra il 1917 ed il 1935 siano stati totalmente distrutti.

La ruggine del grano è nota fin dai tempi antichi: basti pensare che i romani pregavano il dio Robigus, che era la divinità associata a questa malattia. La sua festività consisteva nei Robigalia che si svolgevano il 25 aprile alle prime spighe, Ovidio li descrive come una processione di persone tutte vestite di bianco, guidate dal flamine quirinale, al cui termine venivano sacrificate una cagna e una pecora di due anni per ingraziarsi la benevolenza della divinità. Si ritiene che il mito biblico di Giuseppe e il sogno sui 7 anni di abbondanza e 7 di carestia sia legato a un’epidemia di ruggine che colpì l’Egitto.

Giuseppe interpreta i sogni del Faraone, dipinto di Scuola veneziana, Galerie Bassenge.

Esistono tre forme di ruggine (bruna, gialla e nera) distinte per colorazione, disposizione delle pustole sulla pianta, tempo di insorgenza e severità dell’infezione. Le sottospecie e i ceppi di fungo che possono causarle sono però molto più numerosi e in costante mutazione. In Europa occidentale a lungo si è sofferto in particolare a causa della sottospecie Puccinia graminis f. sp. tritici, che si era riusciti a rimuovere dal continente nel corso del XX secolo dopo lunghi sforzi fino a quando nel 2013 non è stato registrato in Germania un ritorno di questo temibile nemico.

Per combattere il fungo nel corso dei decenni si è fatto ricorso soprattutto all’incrocio e alla selezione per ottenere varietà di frumento resistenti, è una strategia tuttavia lunga e dispendiosa. L’agricoltura è da sempre impegnata in una continua, estenuante corsa alle armi con l’insorgenza di nuovi ceppi patogeni. In biologia evoluzionistica si parla di “effetto della regina rossa” per descrivere la coevoluzione continua fra prede e predatori, in riferimento a un episodio del racconto “Al di là dello specchio” di Lewis Carrol, in cui la Regina dice ad Alice che le sue guardie corrono continuamente per rimanere sullo stesso posto. Le prede più resistenti alle aggressioni sopravvivono all’attacco e vengono selezionate dalla natura per trasmettere i propri geni alla generazione successiva, i predatori più capaci di aggirare le difese delle prede sopravvivono e trasmettono i loro geni a loro volta. Il risultato è un equilibrio che si mantiene per milioni di anni, ma i tempi accelerati dell’agricoltura, e il fatto che l’uomo seleziona artificialmente innanzitutto caratteristiche utili a scopo alimentare (come la capacità di dare un buon frutto o molto seme) piuttosto che quelle utili a sopravvivere allo stato selvatico, rendono le coltivazioni un terreno di scontro sensibile alla continua comparsa di malattie.

Nel 1999 è stato scoperto un nuovo ceppo di Puccinia molto virulento in Uganda, denominato TTKSK e poi ribattezzato Ug99, che si è rapidamente diffuso in Kenya, Etiopia, Sudan e Yemen in meno di 5 anni e al giorno d’oggi si sta espandendo attraverso il resto di Africa e Asia. È come una spada di Damocle sulla produzione di frumento in questi paesi, in una situazione già complessa per via della crisi dei migranti, delle carestie dovute a guerra, sovrappopolazione e desertificazione dovuta ai cambiamenti ambientali.

Photo credits: Cesar Calderon, USDA APHIS PPQ, Bugwood.org – This image is Image Number 2177071 at Forestry Images, operated by The Bugwood Network at the University of Georgia and the USDA Forest Service. Teleospores of the Wheat Rust (Puccinia gramini). CC BY 3.0 us via Wikimedia Commons

 

A complicare la cosa, il rapido cambiamento climatico a cui stiamo andando incontro in questi decenni sta rendendo vulnerabili diverse cultivar di frumento, selezionate per la loro capacità di maturare ed essere disponibili alla mietitura in minor tempo (evitando così le temperature e l’umidità tardoestive che favoriscono l’attecchimento del fungo).

La riduzione dei campi destinati all’agricoltura per via del progressivo inaridimento, unita alla diffusione di agenti patogeni pericolosi per le coltivazioni, sarà in futuro una preoccupante emergenza non solo ambientale ma sociale. La prospettiva di carestie fomenterà guerre ed esodi di massa di profughi verso i paesi più industrializzati, con conseguenti tensioni sociali e crisi politiche internazionali.

Un altro mezzo per contenere l’espansione della ruggine del grano è stata la rimozione su larga scala delle piante del genere Berberis, che fungono da ospiti per il fungo e possono facilitare la diffusione di infezioni agricole, soprattutto fungendo da temporanei serbatoi stagionali in zone temperate. Possono inoltre facilitare la diversificazione di nuovi ceppi virulenti. L’eradicazione di queste piante nel Regno Unito fra il XIX e il XX secolo è stata una delle più efficaci forme di controllo agronomico, interrompendo il ciclo della malattia e conducendo, si riteneva, all’estinzione della Puccinia in Europa occidentale.

Photo credits: Haruta Ovidiu, University of Oradea, Bugwood.org – This image is Image Number 2168054 at Forestry Images, operated by The Bugwood Network at the University of Georgia and the USDA Forest Service. Aecidia of the Wheat Stem Rust (Puccinia graminis) on the ventral side of the sides of Barberry (Berberis vulgaris). CC BY 3.0 us via Wikimedia Commons

Tuttavia, nel 2017 è stata registrata in Svezia la presenza di spore del fungo derivanti proprio dalle piante del genere Berberis. Nel 2017, viene segnalato il primo caso di ruggine del grano nel Regno Unito dopo circa 60 anni. Solo il 20% delle varietà di frumento su suolo britannico possiede resistenza naturale a questo fungo, col rischio di una catastrofe agricola e una consistente perdita della biodiversità nella coltivazione cerealicola.

Un altro possibile metodo di lotta alla ruggine è quello biotecnologico, tramite l’ingegnerizzazione nelle numerose varietà di frumento nella loro ricchezza di biodiversità di modo da inserirvi i tratti genetici che conferiscono resistenza alla ruggine, onde salvaguardarne il patrimonio agricolo dall’attacco del patogeno. Il potenziale è variegato per la ricerca che vi si impegnasse. Sono stati identificati almeno 58 geni di resistenza alla ruggine nera dello stelo, 80 alla ruggine bruna e 49 alla ruggine gialla. Possono essere utilizzati per il miglioramento di diverse cultivar. In particolare, negli scorsi anni è stata accolta con entusiasmo la notizia di una ricerca dell’International Maize and Wheat Improvement Center (CIMMYT, lo stesso dove lavorò il premio Nobel per la pace Norman Borlaug) in Messico, assieme a una concordata di gruppi di ricerca provenienti da Cina, Norvegia e Australia, sull’isolamento di nuovi geni che mostrano caratteristiche notevoli nell’ostacolare la ruggine bruna e sul chiarimento del meccanismo d’azione.

« Non puoi costruire un mondo pacifico su stomaci vuoti e miseria umana. » « You can’t build a peaceful world on empty stomachs and human misery. » – Norman Borlaug, genetista e agronomo, citato nel programma televisivo “Eat This!” di Penn & Teller

Il mezzo tradizionale di trasferimento di una resistenza su altre varietà di frumento è l’incrocio. In particolare, una particolare strategia è il “gene pyramiding”, ovvero l’accumulare più geni di resistenza, specifica e non, in nuove varietà da incrociare a loro volta con altre in grado di trasmettere ulteriori geni, così da selezionare ulteriori nuove varietà.

Ogni strategia di incrocio però possiede tre svantaggi:

  1. è un processo che richiede tempo e dispendio di risorse, di generazione di frumento in generazione;
  2. l’incrocio rimescola il genoma di due varietà, richiedendo quindi un laborioso lavoro di selezione e continui reincroci per far sì che solo il tratto desiderato venga trasferito, onde non diluire le peculiarità genetiche delle varie cultivar, e c’è il rischio che altri caratteri di interesse agronomico si perdano nel processo;
  3. non appena compare un nuovo ceppo di fungo capace di ignorare la resistenza, bisogna rifare tutto da capo.

L’uso di biotecnologie, in particolare editing genetico, permetterebbe invece di isolare solamente il gene di interesse e inserirlo nel germoplasma della cultivar desiderata, in maniera rapida e facilmente testabile sul campo per verificarne l’efficacia. Il risultato così prodotto sarebbe un organismo cisgenico che mantiene le caratteristiche della propria varietà ma in più possiede la resistenza ai ceppi di ruggine in circolazione.

La minaccia della ruggine del grano è planetaria e di dimensione umana, ovvero è in gioco la sicurezza alimentare dell’intero pianeta. Per questo richiede la massima attenzione e il massimo impegno profuso nella ricerca.

Una misura di grano per un danaro e tre misure d’orzo per un danaro!
Olio e vino non siano sprecati.

Riferimenti e approfondimenti:

Si ringrazia l’agronomo Alberto Guidorzi per la revisione.

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