Piante fastidiose come la canapa d'acqua, equiseto, e cheatgrass si sono fatti strada nelle colture e nei pascoli di tutto il mondo. Con la loro presenza in rapida crescita e prolifica, le erbacce spesso fanno crescere i raccolti alti e sottili, portando a una scarsa resa del raccolto. equiseto, ad esempio, ha dimostrato di ridurre i raccolti di soia dell'83 percento.

Gli erbicidi possono aiutare a combattere il problema, ma una crescente resistenza alle sostanze chimiche sta rendendo sempre più difficile la gestione delle infestanti.

Ian Heap è uno scienziato dell'erba che gestisce weedscience.org, un sito web che tiene traccia della resistenza agli erbicidi in tutto il mondo. Oltre 400 scienziati forniscono dati a Heap su cui le erbacce sono diventate immuni agli erbicidi.

"L'agricoltore sta esaurendo le opzioni, "dice Mucchio,

Ecco perché alcuni scienziati hanno iniziato a pensare in piccolo. Microscopico, anche.

Negli ultimi dieci anni, alcune dozzine di scienziati si sono rivolti alla genomica per capire perché alcune erbe infestanti hanno sviluppato resistenza agli erbicidi o sono diventate più invasive.

Negli ultimi dieci anni, alcune dozzine di scienziati si sono rivolti alla genomica per capire perché alcune erbe infestanti hanno sviluppato resistenza agli erbicidi o sono diventate più invasive. Il tempo della genomica sotto i riflettori è in gran parte dovuto al ronzio dei media intorno a The Human Genome Project, un enorme sforzo internazionale dedicato a svelare i segreti del DNA umano. Ma le piante hanno genomi, pure.

In poche parole, un genoma è il progetto per la linea di sangue di un organismo - i tratti trasmessi dal genitore alla prole. Di solito è codificato nel DNA. Utilizzando diverse tecniche di sequenziamento del DNA, alcuni hanno mappato parzialmente o completamente vari genomi di piante infestanti. E mentre lo sforzo costoso non può offrire risposte immediate ai problemi che gli agricoltori devono affrontare nel campo, può fornire dati per rendere più efficaci gli erbicidi in futuro.

Waterhemp è un'erba che causa notevoli problemi agli agricoltori del Midwest. Originario delle zone paludose dell'Illinois e del Missouri, l'alto, erbaccia verticale con fiori poco appariscenti ha trovato una nuova casa nei campi di soia e mais della regione. Venti anni fa, la maggior parte delle persone in Illinois “non aveva mai nemmeno sentito parlare di canapa acquatica, "dice Patrick Tranel, uno scienziato delle piante infestanti dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign. "Ora, è l'erba peggiore."

Waterhemp produce milioni di semi e germina più volte in una stagione di crescita. Ciò gli ha conferito una notevole diversità genetica. Ha una capacità rapida e astuta di adattarsi all'ambiente circostante, e ha persino sviluppato una resistenza al principio attivo, il glifosato, nell'erbicida Roundup della Monsanto. “Non puoi spruzzare il tuo campo una volta e risolvere il problema della canapa. La prossima volta che pioverà ne uscirà di più, "dice Tranel.

Uno screenshot di weedscience.org.

Già nel 2009, Il laboratorio di Tranel ha sequenziato in modo casuale il genoma della canapa acquatica per cercare geni che potrebbero essere coinvolti nella resistenza agli erbicidi, il che significa che hanno sequenziato solo parti del genoma, piuttosto che l'intera faccenda. La mappatura dell'intero genoma era (ed è) troppo costosa, ma l'approccio del fucile da caccia ha fornito informazioni sufficienti sul corredo genetico della canapa d'acqua per testare mutazioni specifiche che annullano gli effetti del glifosato e di altri erbicidi. Anche se Tranel vorrebbe mappare l'intero genoma della canapa d'acqua, la mancanza di fondi disponibili e tecniche di sequenziamento del DNA a prezzi accessibili rendono difficile l'esecuzione.

La resistenza al glifosato non è esclusiva della canapa d'acqua; quasi 30 specie di erbacce in tutto il mondo non rispondono più al Roundup. Sebbene solo una manciata di erbacce causi gravi danni agli agricoltori, capire quali geni sono responsabili di questo adattamento evolutivo è fondamentale per la futura gestione delle infestanti.

Neal Stewart lo ha capito presto, e quando l'ippocastano resistente al glifosato si è fatto strada nel Tennessee nel 2002, il suo interesse è stato suscitato. Nel 2005, il laboratorio dello scienziato vegetale presso l'Università del Tennessee ha iniziato a codificare il genoma di Horseweed. Negli anni, gran parte del finanziamento di Stewart è arrivato dalla Monsanto insieme al Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti (USDA) e al Tennessee Soybean Promotion Board.

Horseweed sarà la prima pianta infestante delle colture ad avere il suo intero genoma sequenziato, con Stewart sperando di pubblicare i suoi risultati entro la fine dell'anno.

Gli agricoltori usano Roundup su milioni di acri di terreni coltivati ​​negli Stati Uniti e nel mondo, la sua portata supera di gran lunga qualsiasi altro erbicida di uso frequente. Sebbene il laboratorio di Stewart stia guidando il lavoro, scienziati ovunque, compresi quelli della Monsanto, avranno accesso alle informazioni genetiche quando saranno rese pubbliche.

“Studiando i meccanismi di resistenza speriamo di capire questo tipo di debolezze a beneficio degli agricoltori, "dice Doug Sammons, un chimico della Monsanto che ha collaborato con Stewart negli ultimi dieci anni. Le informazioni genomiche di horseweed probabilmente aiuteranno a determinare i metodi migliori per gestire l'erba piuttosto che solo nuove scoperte di erbicidi.

Sebbene la mappatura dei genomi delle infestanti aiuti gli scienziati a saperne di più sulla resistenza agli erbicidi, non tutte le erbacce sono buoni candidati per il sequenziamento. Alcuni, come cheatgrass, avere una quantità enorme di geni nel suo genoma, rendendo semplicemente troppo costoso mappare data la tecnologia attuale.

'Mais, umani, e cheatgrass hanno tutti genomi più o meno della stessa dimensione, ' dice Craig Coleman, uno scienziato dell'erba alla Brigham Young University. 'Quindi è molto complesso.'

"Mais, umani, e cheatgrass hanno tutti genomi più o meno della stessa dimensione, "dice Craig Coleman, uno scienziato dell'erba alla Brigham Young University di Provo, Utah, che ha studiato l'erba per oltre dieci anni. "Quindi è molto complesso."

L'erbaccia dei pascoli provoca danni particolari negli stati occidentali come l'Idaho, Utah, Nevada, Colorado, Arizona e Nuovo Messico, ed è una delle principali fonti di combustibile per gli incendi nei pascoli. Ancora, il sequenziamento del genoma di cheatgrass "non mi è mai passato per la mente", afferma Coleman.

Anziché, Coleman e i suoi collaboratori dell'USDA Forest Service hanno mappato il genoma di un fungo che chiamano "The Black Fingers of Death, ” per le stringhe nere dell'agente patogeno che inghiottono e distruggono i semi di cheatgrass, ma non influisce su altre colture. Le informazioni genetiche sui funghi hanno aiutato gli scienziati a identificare alcuni geni che potrebbero produrre tossine che uccidono i semi.

Ma la genomica non è una pillola magica. Anche se conoscessimo le informazioni genetiche su ogni erbaccia di cui siamo a conoscenza ora, non risolverebbe il problema. Adattabile per natura, nuove erbacce come la canapa acquatica emergeranno. Gli agricoltori devono utilizzare risorse come il sito Web di Heap, progressi genetici e tecniche tradizionali di gestione delle infestanti come la lavorazione del terreno e persino il diserbo manuale per combattere i parassiti.

Per adesso, gli scienziati stanno aspettando con impazienza meno, tecnologia di sequenziamento del DNA migliorata per aiutare ulteriormente i loro progetti.

"L'USDA è decisamente interessato alla genomica delle infestanti, "dice David Horvath, uno scienziato dell'impianto di ricerca con l'organizzazione. Sul suo radar c'è la tecnologia della Pacific Biosystems e della Oxford Nanopore Technology, entrambe le aziende che producono tecnologia che potrebbe rendere il lavoro di sequenziamento più semplice e accurato.

Intanto, gli agricoltori sono lasciati con gli erbicidi attuali.

“Le erbacce sono piante selvatiche, non sono piante da laboratorio, "dice Horvath. Quindi "sono solo più difficili da lavorare".

Il sogno? Quel lavoro svolto dal suo laboratorio e da altri scienziati aiuterà le aziende chimiche a sviluppare erbicidi che colpiscono geni specifici, simile allo sviluppo di farmaci di design nell'industria farmaceutica.

“Questa è la nostra speranza a lungo termine, "dice Horvath.

(Credito fotografico:utente Flickr Robb Hannawacker/CC2.0)