Comparative mutagenic effectiveness and efficiency of gamma rays and sodium azide in cowpea (Vigna unguiculata (l.) Walp.)
Uno studio condotto in India durante il 2021–2022 ha dimostrato che i trattamenti combinati di raggi gamma e azide di sodio, particolarmente a 200 Gy + 0,02% SA, offrono un'efficacia e un'efficienza mutagena superiori per generare una diversità e una variabilità genetica desiderabile nel fagiolo dall'occhio rispetto ai singoli mutageni.
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Gli agricoltori si sono a lungo affidati al lavoro lento e costante della natura per migliorare le loro colture, aspettando che rari e benefici cambiamenti apparissero nel codice genetico delle piante. Tuttavia, per una coltura come il fagiolo dall'occhio, un legume resistente coltivato nelle regioni calde e aride per i suoi semi ricchi di proteine, il pool naturale di varietà genetica è piuttosto ristretto. Poiché queste piante si autofertilizzano per lo più, non mescolano i propri geni con i vicini con la stessa libertà di altre colture, lasciando ai selezionatori opzioni limitate per creare nuove e migliori varietà. Per superare questo ostacolo, gli scienziati utilizzano una tecnica chiamata mutagenesi. Questo processo consiste nell'esporre i semi ad agenti specifici che causano deliberatamente piccoli cambiamenti casuali nel loro DNA. L'obiettivo non è danneggiare la pianta, ma scoccare una scintilla di novità, sperando che tra i molti cambiamenti, alcuni portino a tratti desiderabili come una maturazione precoce, una crescita più vigorosa o semi migliori. Due strumenti comuni per questo compito sono i raggi gamma, una forma di radiazione ad alta energia che penetra profondamente nel seme, e l'azide di sodio, un prodotto chimico che provoca piccole ed precise modifiche al codice genetico.
In uno studio recente condotto a Jaipur, in India, i ricercatori si sono posti l'obiettivo di trovare il modo più efficace di utilizzare questi strumenti sul fagiolo dall'occhio. Hanno lavorato con una varietà popolare nota come RC-101, già apprezzata per la sua capacità di sopravvivere alla siccità e per il suo tempo di raccolta precoce. Il team ha trattato migliaia di semi con diverse intensità di raggi gamma e di azide di sodio, sia separatamente che insieme. Hanno testato dosi che variavano da 150 a 400 unità di radiazione e concentrazioni chimiche dallo 0,01% allo 0,06%. I ricercatori avevano compreso che c'era un delicato equilibrio da mantenere: un trattamento troppo debole potrebbe non creare abbastanza cambiamenti, mentre un trattamento eccessivo avrebbe semplicemente ucciso i semi o li avrebbe lasciati troppo deboli per crescere. Hanno piantato i semi trattati e hanno osservato attentamente la crescita della prima generazione, misurando quanti germoglili nascevano e quanto fossero sani i giovani semenzali. Hanno poi raccolto i semi dei sopravvissuti e hanno coltivato una seconda generazione, che è proprio dove i cambiamenti genetici diventano visibili. In questa seconda generazione, gli scienziati hanno cercato due tipi di cambiamenti: variazioni nel colore delle foglie, che fungono da marcatori facilmente individuabili dell'alterazione genetica, e cambiamenti nella forma fisica della pianta, come l'altezza, la dimensione delle foglie e l'aspetto dei semi.
I risultati hanno mostrato un modello chiaro: all'aumentare dell'intensità del trattamento, meno semi germinavano e le piante sopravvissute diventavano più deboli. Ciò ha confermato che i trattamenti stavano effettivamente causando stress biologico. Tuttavia, i ricercatori hanno identificato un "punto ottimale" in cui il danno era moderato ma i cambiamenti genetici erano significativi. Hanno scoperto che una dose di 200 unità di raggi gamma combinata con una concentrazione di azide di sodio dello 0,02% offriva il miglior equilibrio tra induzione mutagena e danno biologico, risultando nella più alta efficacia e l'efficienza mutagena. Questa specifica combinazione era la più efficiente, il che significa che creava il miglior rapporto tra nuove mutazioni e numero di piante sopravvute. Quando hanno esaminato la varietà di cambiamenti prodotti, la combinazione di entrambi i trattamenti si è rivelata superiore all'uso di uno solo di essi. Le piante trattate sia con i raggi gamma che con il prodotto chimico hanno mostrato una gamma più ampia di nuovi tratti, inclusi diversi abiti di crescita, forme delle foglie e caratteristiche dei semi.
Sebbene la miscela di 200 unità di radiazione e lo 0,02% di prodotto chimico fosse la più efficiente, i ricercatori hanno anche scoperto che una combinazione leggermente più forte — 250 unità di radiazione e lo 0,03% di prodotto chimico — produceva la frequenza mutagena più elevata e lo spettro più ampio di mutanti desiderabili, nonostante causasse un po' più di stress alle piante. Questa dose più alta ha creato uno spettro ampio di cambiamenti, inclusi tipi desiderabili come piante nane, modelli di crescita cespugliosi e semi con rivestimenti bianchi evidenti. Lo studio ha confermato che l'uso congiunto di agenti fisici e chimici crea un effetto sinergico, generando più diversità genetica di quanto possa fare ciascun metodo da solo. Il team ha recuperato con successo una collezione di piante mutate che offrono nuove risorse genetiche per migliorare le colture di fagiolo dall'occhio. Questi risultati suggeriscono che, calibrando attentamente la miscela di radiazioni e prodotti chimici, i selezionatori possono generare in modo affidabile la materia prima necessaria per sviluppare varietà di fagiolo dall'occhio che siano meglio adattate ai cambiamenti climatici e più produttive per gli agricoltori.
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