Una banca genetica è un tipo di biorepository utilizzato a livello globale per la conservazione di materiale genetico proveniente da animali, piante e altri organismi. Salvaguarda le loro informazioni genetiche, tipicamente sotto forma di materiale riproduttivo come semi, sperma, ovuli, embrioni, cellule e vari tipi di DNA. Spesso queste banche conservano le risorse genetiche di specie in pericolo o gravemente minacciate di estinzione. Servono anche a preservare le principali specie e cultivar coltivate, mantenendo così la biodiversità agricola. Questo sforzo di conservazione salvaguarda gli organismi da minacce come l'estinzione, gli agenti patogeni e i cambiamenti climatici.
Una banca genetica è un tipo di bioarchivio utilizzato in tutto il mondo per conservare il materiale genetico di animali, piante e altri organismi. Conserva le loro informazioni genetiche sotto forma di materiale riproduttivo come semi, sperma, uova, embrioni, cellule e altri tipi di DNA. Spesso, queste banche ospitano il materiale genetico di specie in pericolo o prossime all'estinzione. Vengono utilizzate anche per la conservazione delle principali specie e cultivar coltivate, al fine di preservare la diversità delle colture. Ciò protegge l'organismo da minacce come l'estinzione, le malattie e il cambiamento climatico.
Metodi di conservazione
La conservazione si ottiene attraverso la raccolta e l'immagazzinamento del germoplasma di vari organismi. Ad esempio, il germoplasma vegetale può includere semi e talee, il materiale fungino può comprendere spore e le risorse genetiche animali spesso sono costituite da sperma e ovuli. Il polline, vitale per la riproduzione degli spermatofiti, contiene il materiale genetico maschile necessario per la fecondazione e viene generalmente preservato attraverso la crioconservazione. Le specie acquatiche, come i coralli, vengono conservate raccogliendo frammenti che vengono mantenuti in habitat acquatici meticolosamente regolati.
Il materiale raccolto viene spesso conservato a temperature inferiori allo zero (sotto 0 °C / 32 °F). In alternativa, lo stoccaggio può avvenire in condizioni criogeniche utilizzando azoto liquido. Alcune banche genetiche, designate come banche genetiche sul campo, si concentrano sulla coltivazione continua di organismi viventi, esemplificati da specifiche specie vegetali coltivate in terreni nutritivi controllati o all'interno di habitat costruiti artificialmente progettati per sostenere un particolare biota.
Un database centralizzato, Genesys, facilita le indagini sulle riserve delle banche genetiche più estese del mondo. Inoltre, diverse banche genetiche internazionali operano sotto il coordinamento della piattaforma CGIAR Genebank.
Categorie di banche genetiche
Banche dei semi
Le banche dei semi, chiamate anche deposito di semi, funzionano come ampi depositi per la conservazione criogenica di diverse specie di semi. Il loro scopo principale è conservare la diversità genetica per un futuro utilizzo. Le temperature di conservazione dei semi dipendono dalla specie e dalla durata di conservazione prevista. La conservazione a breve termine, della durata di 3-5 anni, prevede in genere temperature comprese tra 5 e 10 ° C (da 41 a 50 ° F). Lo stoccaggio a medio termine, che va dai 10 ai 15 anni, solitamente mantiene i semi a 0 ° C (32 ° F). Per la conservazione a lungo termine, superiore a 50 anni, i semi vengono generalmente conservati a temperature comprese tra -18 e -20 ° C (0 e -4 ° F). Fondamentalmente, è essenziale mantenere un basso contenuto di umidità sia nei semi che nel loro mezzo ambientale, poiché livelli elevati di umidità compromettono la vitalità dei semi durante la conservazione criogenica prolungata. A livello globale, la banca dei semi più grande è la Millennium Seed Bank, situata all'interno del Wellcome Trust Millennium Building (WTMB) nella tenuta di Wakehurst Place nel West Sussex, vicino a Londra.
Banca in vitro
Una banca in vitro rappresenta una categoria distinta di banche genetiche dedicate alla conservazione del materiale genetico vegetale o animale. A differenza delle banche dei semi convenzionali, che spesso utilizzano la conservazione a secco o citogenetica, una banca in vitro opera in un ambiente controllato e di laboratorio. Queste banche hanno il compito di conservare le risorse genetiche come cellule vegetali, embrioni e tessuti. In genere, i campioni vengono mantenuti all'interno di un mezzo nutritivo, spesso contenuto in una provetta o in una piastra di coltura. Ad esempio, gemme, protocormi e cellule meristematiche sono conservati in un mezzo nutritivo (gel o liquido) in specifici regimi di luce e temperatura. Questa metodologia viene utilizzata per la conservazione di piante apomittiche, specie a riproduzione asessuata o che richiedono conservazione clonale, come le cultivar commerciali. Dato che questi campioni spesso necessitano di precise condizioni di crescita, le banche in vitro sono fondamentali per mantenere i tessuti viventi all'interno di un ambiente regolato e sostenuto artificialmente.
Criobanche
Le criobanche fungono da strutture per la conservazione di materiale biologico, inclusi sperma, ovuli ed embrioni, a temperature estremamente basse. In genere, questi materiali vengono mantenuti in azoto liquido a circa −196 °C (−320,8 °F). Questo metodo di crioconservazione consente di mantenere la vitalità dei gameti o degli embrioni per un minimo di un secolo. Le criobanche sono spesso utilizzate nella crioconservazione delle risorse genetiche animali, svolgendo un ruolo cruciale nella preservazione delle specie a rischio di estinzione. Un importante esempio globale è il Frozen Zoo, fondato dallo zoo di San Diego a San Diego, in California. La sua vasta collezione comprende oltre 10.000 cellule viventi, ovociti, embrioni e materiale genetico diversificato proveniente da migliaia di specie, tra cui in particolare una specie estinta. Nelle criobanche animali, la crioconservazione degli embrioni è spesso preferita al congelamento separato di ovuli e sperma a causa della maggiore resistenza degli embrioni al processo di congelamento.
Conservazione del polline
Il polline viene generalmente conservato mediante vetrificazione, una tecnica di crioconservazione. Questo metodo prevede il congelamento dei granuli di polline senza la dannosa formazione di cristalli di ghiaccio intracellulari. Il polline immagazzinato tramite vetrificazione viene mantenuto in azoto liquido a temperature comprese tra −180 e −196 ° C (da −292,0 a −320,8 ° F). Il National Seed Storage Lab di Fort Collins, in Colorado, attualmente utilizza questa tecnica per la conservazione del polline. In alternativa, il polline può essere liofilizzato e conservato a temperature comprese tra 5 e −18 ° C (da 41 a 0 ° F). Un fattore critico che influenza la vitalità del polline durante lo stoccaggio è il suo contenuto di umidità. Bassi livelli di umidità nei granuli di polline ne aumentano la longevità facilitando il congelamento senza formazione di cristalli di ghiaccio, preservandone così la durata. Il contenuto di umidità ottimale per la conservazione del polline varia a seconda della specie vegetale. Il polline di diverse specie vegetali può essere classificato in due gruppi: polline binucleato, caratterizzato da un'esina più spessa, e polline trinucleato, che possiede un'esina più sottile. Il polline binucleato mostra una vitalità estesa se crioconservato a bassi livelli di umidità. Al contrario, il polline trinucleato dimostra una maggiore longevità se congelato con un contenuto di umidità più elevato. I livelli di umidità dei pollini possono essere ridotti attraverso l'esposizione a soluzioni saline diluite, gel di silice, aria secca o trattamenti chimici con soluzioni di vetrificazione.
Banche genetiche sul campo
Le banche genetiche sul campo sono archivi specializzati per la gestione di esemplari di piante vive, compresi alberi da frutto e altra flora, che necessitano di condizioni ambientali specifiche per la coltivazione. A differenza delle banche dei semi, che immagazzinano semi dormienti, una banca genetica sul campo conserva collezioni viventi di germoplasma. Queste banche sono suscettibili a disastri naturali, infestazioni di parassiti e malattie. Di conseguenza, sono generalmente considerati una strategia di conservazione di ultima istanza per le specie che non possono essere conservate con metodi convenzionali, come quelle che non producono semi vitali. Questo approccio richiede inoltre maggiori risorse di terra, energia e acqua rispetto alle tecniche di conservazione alternative, rendendolo una scelta meno ottimale in molti scenari.
L'Istituto internazionale di ricerca sul riso (IRRI) nelle Filippine rappresenta un esempio di un'importante banca genetica sul campo. Questa istituzione svolge un ruolo fondamentale nella preservazione di migliaia di specie di riso mantenendo banche genetiche sul campo dedicate a varie varietà di riso. Queste specie di riso spesso possiedono caratteristiche preziose, tra cui la resistenza ai parassiti, alle malattie e alla siccità. Ciascuna varietà riveste un'importanza considerevole per lo sviluppo futuro di specie nuove e più resilienti, fondamentale per affrontare le sfide della sicurezza alimentare nelle regioni alle prese con livelli elevati di povertà e fame.
Banche di risorse genetiche animali
Le banche di risorse genetiche animali fungono da depositi di materiale genetico, garantendone la conservazione a lungo termine e l'accessibilità futura. Il materiale genetico conservato in queste banche proviene da una vasta gamma di specie animali, tra cui bestiame, pollame, insetti e organismi acquatici. Nello specifico, ovuli, embrioni, sperma e vari tessuti vengono crioconservati a temperature estremamente basse utilizzando tecniche avanzate. Queste banche sono indispensabili per salvaguardare la diversità genetica delle popolazioni animali, un fattore critico per la loro sopravvivenza e adattabilità.
Queste strutture svolgono un ruolo cruciale nella preservazione del materiale genetico di specie in via di estinzione, supportando così programmi di allevamento progettati per la loro conservazione. Per le specie a rischio di estinzione, il DNA conservato in queste banche offre una forma di assicurazione genetica, consentendo la potenziale reintroduzione della diversità genetica quando necessario. Questo materiale genetico può essere utilizzato per ripristinare la diversità nelle popolazioni selvatiche che affrontano minacce come la deriva genetica o la consanguineità. Inoltre, negli scenari in cui la riproduzione naturale è ostacolata da malattie o cambiamenti ambientali, il materiale genetico immagazzinato può facilitare gli sforzi riproduttivi di una popolazione attraverso il salvataggio genetico. Tali metodi di conservazione consentono un ampio spettro di strategie di gestione per futuri interventi di conservazione.
Strutture
- Il Center for Pacific Crops and Trees (CePaCT) gestisce una banca genetica vegetale a Suva, nelle Fiji, dedicata alla propagazione e ripropagazione delle piantine di piante, principalmente attraverso ritagli e colture di tessuti piuttosto che semi. La sua missione principale è salvaguardare la diversità genetica delle colture alimentari vitali indigene della regione del Pacifico, comprese specie come banane, taro, alberi del pane e igname.
- Le banche genetiche sono istituite a livello globale, ciascuna con obiettivi e allocazioni di risorse distinti. Tra gli esempi più importanti c'è lo Svalbard Global Seed Vault.
Sistemi di gestione
Un'altra importante raccolta di germoplasma rappresenta la- La banca genetica Ex situ federale. Il suo mandato comprende la raccolta, la conservazione e la caratterizzazione delle risorse fitogenetiche per promuovere gli sforzi di conservazione. Inoltre, la banca genetica Ex situ federale intraprende ricerche pertinenti volte a sviluppare tecniche innovative per la conservazione delle risorse.
- Negli Stati Uniti, la banca genetica federale Ex situ comprende strutture amministrate da enti governativi, incluso il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti (USDA). L'USDA sostiene il mantenimento di varie banche genetiche, come il National Plant Germplasm System (NPGS). L'NPGS funziona per immagazzinare risorse genetiche sia per le colture coltivate che per le specie di piante selvatiche, offrendo così una salvaguardia contro la perdita di biodiversità e fornendo risorse per programmi di selezione e ricerca scientifica.
- Banca del seme
- Biobanca
- Germoplasma
- Risorse genetiche vegetali
- Riferimenti
Riferimenti
Ellis, R.H.; Hong, TD; Roberts, E.H. (1985). Manuale di tecnologia delle sementi per banche genetiche vol. II: Compendio di informazioni specifiche sulla germinazione e raccomandazioni sui test. IBPGR (attualmente Bioversity International). Roma, Italia. Archiviata dall'originale l'11 dicembre 2008.
- Ellis, R.H.; TD Hong; E.H. Roberts (1985). Manuale di tecnologia delle sementi per le banche genetiche vol. II: Compendio di informazioni specifiche sulla germinazione e raccomandazioni sui test. IBPGR (ora Bioversity International). Roma, Italia. Archiviata dall'originale l'11 dicembre 2008.Engels, Jan; Visser, Bert, eds. (2003). A Guide to Effective Management of Germplasm Collections. CABI, IFPRI, IPGRI, SGRP. Archiviato dall'originale il 25 maggio 2007.Kameswara, N.; Hanson, J.; Dulloo, ME; Gosh, K.; Nowell, A.; Larinde, M. (2006). Manuale sulla manipolazione dei semi nelle banche genetiche. Bioversity International, CTA (Centro Tecnico per la Cooperazione Agricola e Rurale), FAO, ILRI. Archiviato dall'originale il 21 gennaio 2008.Koo, B.; Pardey, P. G.; Wright, B. D.; et al. (2004). Saving Seeds. CABI, IFPRI, IPGRI, SGRP. Archiviato dall'originale l'11 dicembre 2008.
- AEGIS Un sistema integrato di banche genetiche europee
- Banche genetiche
- DAD-IS: Sistema informativo sulla diversità degli animali domestici