Cards, penques i carxofes: l’estructura genètica de l’espècie ‘Cynara cardunculus’ (Fitogenètica mediterrània, 43/2018)

L’any passat vam parlar de carxofes, fent referència el mes d’abril de l’activitat hipolipemiant d’extractes de les seves fulls segons Sahebkar et al. i el mes de juliol de formes alternatives de cultiu segons Spanu et al.. En un cas i altra parlàvem de l’especie Cynara cardunculus, en la qual hi ha carxoferes (Cynara cardunculus var. scolymus), però també cards comestibles (o penques) i cards comuns (o herba-cols). Aquesta triplicitat dins d’una mateixa espècie la fa interessant com a model del procés de domesticació de plantes. En les pàgines de la revista PLoS One, un grup de científics coordinat per Gabriella Sonnante, de l’Institut de Biociències i Biorecursos de Bari, ens presenta el resultat d’un genotipatge per seqüenciació sobre una col·lecció de germoplasmes d’aquesta espècie. Aquest estudi genotipa per milers de polimorfismes mostres de 65 carxoferes, 9 cards comestibles i 21 cards salvatges. Com és de preveure, la major diferenciació es troba entre les carxoferes i els cards, i la menor és la que separa els cards salvatges dels cards comestibles. La separació entre cards comuns i cards comestibles, però, no és tan nítida. Alguns cards salvatges de la Península Ibèrica queden dins del grup genètic de cards comestibles, o mostren un perfil intermedi. També és interessant d’aquest estudi l’estructuració genètica de les diferents varietats de carxofes. Les més divergents són les de tipologia “Catanesi”.

Capítol floral d’un card de l’espècie ‘Cynara cardunculus’

Genotipatge per seqüenciació de Cynara cardunculus

Aquesta recerca fou concebuda per Gabriella Sonnante, que des del 2007 ocupa una plaça de recercadora sènior a l’Institut de Biociències i Biorecursos, que és com es diu actualment l’antic Institut de Genètica Vegetal de Bare, centre adscrit al CNR.

També són d’aquest centre Pasquale L. Curci, Diana L. Zuluaga i Emanuela Blanco.

Stefano Pavan és professor associat del Dipartimento Di Scienze Del Suolo, Della Pianta E Degli Alimenti de la Università degli Studi di Bari Aldo Moro, i investigador de l’Institut de Tecnologies Biomèdiques, centre també barinès adscrit al CNR.

L’anàlisi formal l’han fet Pavan, Curci i Sonnante. En la investigació participaren Pavan, Curci, Zueluaga, Blanco i Sonnante. Pavan, Curci, Zuluaga i Sonnante redactaren l’esborrany de l’article, que fou tramès a PLoS el 12 d’abril del 2018. L’editor fou Kenneth M. Olsen, de la Washington University. L’article fou esmenat per Pavan i Sonnante, i acceptat del 4 d’octubre, de manera que fou publicat el dia 23.

Els autors reconeixen l’ajut tècnic de Francesco Losavio en el treball de camp, d’Anita Morgese en el laboratori, i de Giuseppe Sonnante en l’elaboració de gràfics.

Aquesta recerca s’ha finançat a través dels projectes que Sonnante amb BiodiverSO – PSR Puglia de les convocatòries del 2007-2013 i del 2014-2020.

El nom científic de la carxofera és Cynara cardunculus var. scolymus (L.) Fiori. El del card comestible és Cynara cardunculus var. altilis DC. Aquestes dues variants cultivades derivarien del card silvestre, Cynara cardunculus var. sylvestris Lam. Són, doncs, tres variants botàniques d’una sola espècie. Són una planta diploide (2n = 34, és a dir que el genoma consisteix en 34 parells de cromosomes) amb una mida genòmica de 1,07 Gb (1,07 bilions de nucleòtids). La carxofa és un cultiu mediterrani molt popular, que consisteix en els capítols florals immadurs. La carxofa té interès per la seva riquesa en compostos fenòlics (flavonoids, àcid cafeic, àcid clorogènic, cinarina), que també són presents en les fulles. Però també les arrels han despertat interès pel seu contingut elevat d’inulina, útil per exemple com a additiu en congelats per evitar la formació de cristalls de glaç.

Les carxoferes es deixen reproduir clonalment, per garantir l’estabilitat i la uniformitat de les varietats més apreciades. Hom pot classificar aquestes varietats en quatre grups:
– Catanesi.
– Romaneschi.
– Spinosi.
– Violetti.

Els cards comestibles es cultiven a menor escala, però són relativament populars al nord d’Itàlia, al sud de França i a regions espanyoles.

Tiges foliars de card comestible

L’espècie C. cardunculus, i el gènere Cynara de fet, són d’origen mediterrani. El card silvestre creix per tota la Regió Mediterrània, des de Xipre i la regió de la Mar Negra, fins a la Península Ibèrica i les Illes Canàries. Hom suposa que les primeres carxoferes foren domesticades a Sicília. Pel que fa al card comestible la domesticació hauria començat a la Península Ibèrica o al sud de la Gàl·lia. Val a dir que el card silvestre també és recol·lectat i consumit en regions com la Pulla. Les dades genètiques indiquen que una part de les poblacions de card silvestre de la Mediterrània Occidental són en realitat variants ferals, és a dir variants adaptades a la vida salvatge però descendents d’antigues varietats cultivades.

En el 2016, Scaglione et al. publicaren un esborrany del genoma de la carxofera i del card cultivat. És a a partir d’aquestes dades que Pavan et al. poden utilitzar un genotipatge per seqüenciació sobre variants cultivades de carxofa i de card comestible, així com variants silvestres de cards.

Pavan et al. prepararen 95 mostres de C. cardunculus per aquest estudis:
– 65 mostres de carxofa. Aquestes mostres eren classificades en els grups morfo-agronòmics de “Catanesi” (carxofes petites i primerenques), “Spinosi” (carxofes espinades i primerenques), “Violetti” (carxofes violades i tardanes) i “Romaneschi” (carxofes grosses i tardanes), encara que algunes eren fora de tots quatre grups.
– 9 mostres de cards cultivats, procedents d’Espanya, França i Itàlia.
– 21 mostres de cards salvatges, representatives de tota l’àrea de distribució de l’espècie.

Aquestes mostres procedien de la col·lecció Cynara del mateix Institut de Biociències i Biorecursos, o de bescanvis amb el GEVES de Cavaillon-Carpentras, l’Institut Botànic de Barcelona, el Instituto Técnico y de Gestión Agrícola (ITGA) de Navarra, i la Universitat de Tunis.

L’extracció d’ADN genòmic es feia de les filles joves. De cada mostra es feia una genoteca PstI a l’Institute for Genomic Diversity de la Cornell University. L’enzim de restricció PstI talla la diana 5’-CTGCA/G-3’. La genoteca resultant era seqüenciada a Cornell amb una Illumina HiSeq2500. Les seqüències obtingudes eren arrenglerades i comparades amb les del Projecte Genòmic de Scaglione et al., per tal d’identificar polimorfismes mononucleotídics (SNPs). Aquests polimorfismes son posicions del genoma amb dos al·lels, dels quals el menys freqüent té una freqüència superior al 5%.

El genotipatge es feia, doncs, a partir de la seqüenciació. Del genotipatge, mitjançant el programari STRUCTURE 2.3.4 es feia una anàlisi de l’estructura de poblacions. També és feia una anàlisi de components principals amb SVS 8.4.0 i dendrogrames amb el paquet MEGA7.

L’estructura genètica de Cynara cardunculus

De la genoteca de 95 mostres de C. cardunculus s’obtingueren 259 milions de lectures, de les quals 230 milions mostraven indicis de bona qualitat. Aquestes lectures de bona qualitat es descompongueren en etiquetes úniques de 64 parells de nucleòtids, de les quals hi havia 2,3 milions d’etiquetes que apareixen 3 o més vegades. D’aquests 2,3 milions d’etiquetes, foren arrenglerades en el genoma un 27,6% (un 25,9% en únic lloc i un 1,7% en més d’un lloc). D’això se’n deduïren 22.883 SNPs.

Els filtres de qualitat reduïren el nombre de SNPs 3762, que es van poder aplicar a 92 de les 95 mostres originals. D’aquests es podia calcular la taxa de transició/transversió de 1,24. La substitució més abundant era la transició A/G (28,7%) i la menys abundant era la transversió C/G (4,9%).

Quan els filtres de qualitat s’aplicaven únicament als 62 genotips de carxoferes, el nombre de SNPs pujaven a 4.711. I quan s’aplicaven únicament als 30 genotips de cards, la xifra era de 6.668. Mentre que l’índex d’heterozigositat de les carxoferes analitzades era del 31,2%, en els cards aquesta xifra baixava al 15,2%.

L’estructura genètica era avaluada segons el mètode K delta d’Evanno. Així, hom divideix la població en dues subpoblacions (K = 2), tres subpoblacions (K = 3) i quatre subpoblacions (K = 4). El model K = 2, divideix nítidament carxoferes d’una banda i cards de l’altra. La carxofera més apartada és una “Di spine Ostuni”, que és una raça local caracteritzada per una morfologia floral que recorda a la dels cards cultivats. El card més apartat del seu subgrup és una mostra portuguès, W_LK_8886.

Estructura genètica de 92 plantes de ‘C. cardunculus’, dividides en dos subpoblacions (A), tres (B), quatre (C) i cinc (D)

El model K = 3, escindeix el grup de les carxofes en dos. El primer grup inclou les “Catanesi” i el segon grup té com a exemplars més típics les carxofes verdes de Pulla.

El model K = 4, separa les carxoferes en tres grups: 1) “Catanesi” 2) Verdes de Pulla 3) les “Romaneschi”, “Spinosi” i “Violetti”.

El model K = 5 manté els tres grups de carxoferes, i escindeix els cards entre salvatges i cultivats. No obstant, cal dir que els cards salvatges d’Espanya queden dins del grup de cards cultivats en aquest model. Hi ha un card salvatge portuguès (W_LK_8886), un de Sicília i dos de Tunísia que es troben en mig dels grups de cards salvatges i de cards cultivats.

El model K = 6 permet veure que les carxoferes “Romaneschi” se separaren entre un grup típic (100_foglie, Capuanella, Carciofo di Lucera, Romanesco, Tondo di Paestum) i un grup més excèntric (Camus, Castel, Jesino, etc.) que queda dins de les carxofes espinoses (al costat també del Violetto di Toscana).

El model K = 7 separa carxoferes pullanes (Carciofo noscio locale, Nero di Ostuni, Nero di Castrignano, Spinoso di Galatina) que són color fosc però de morfologies diferents de carxofa (cilíndriques en el cas del Carciofo noscio locale i del Nero di Ostuni). A partir d’aquesta agrupació, hom ha proposat el nom genèric de “Nero del Salento”.

Fa uns anys, el grup de Sonnante proposà l’agrupació de diverses varietats pullanes de carxofa fosca en la denominació de “Nero del Salento”. L’estudi publicat ara sembla confirmar aquesta agrupació. Aquestes varietats es cultiven sobretot en horts familiars especialment a la zona de Salento

Un esquema de classificació de les carxoferes que se’n dedueix seria aquest:
– 1. Carxoferes “Catanesi”.
– 2. Altres.
– 2. 1. Carxoferes “Romaneschi”, “Violetti” i “Spinosi”.
– 2. 1. 1. Carxoferes “Romaneschi” típiques.
– 2. 1. 2. Carxoferes “Spinosi” i “Violetti”.
– 2. 2. Carxofes verdes de Pulla.
– 2. 2. 1. Carxofes verdes de Pulla típiques.
– 2. 2. 2. Carxofes negres de Pulla

Pel que fa als cards, cal davallar a K = 8, per començar a diferenciar els cards salvatges segons el seu origen geogràfic. Els cards salvatges italians se separen entre els del Laci i de Sardenya, i els de Pulla i Basilicata, quedant els de Sicília i de Calàbria entre mig.

Anàlisi de components principals del genotipatge de les 92 plantes analitzades. Les carxofes són representades en punts blaus, els cards silvestres en groc, i els cards cultivats en verd. Cal remarcar el fet que hi hagi cards silvestres ibèrics (W-SPA 1, W-SPA 5 i W-LK_8886) que mostren més acostament genètic als cards comestibles que a la majoria de cards silvestres

El dendrograma de distàncies genètiques entre les 92 plantes analitzades resulta així:

Aquestes dades fan pensar que els cards salvatges d’Espanya serien probablement formes ferals de cards comestibles, és a dir plantes assilvestrades procedents d’antics cards cultivats. Això explicaria també perquè aquests cards salvatges tenen menys espines i són de tija llarga.

Les carxofes del grup “Catanesi”

Les dades també indiquen la distintivitat genètica del grup “Catanesi” de carxoferes. Aquestes carxoferes es caracteritzen per ésser primerenques, cosa que fa possible que floreixen dues vegades l’any (a l’inici de la primavera i a la tardor). Cert és que això també ho fa la Blanca de Tudela, però la majoria de carxoferes són de floració tardana, com ho són els cards salvatges. Aquesta característica hauria estat seleccionada en èpoques més recents, a partir probablement d’una mateixa varietat. Cal pensar que aquesta varietat sí podria ésser originària de Catània, des d’on s’hauria difós a Pulla (Brindisino, Mola), a Provença (Violet de Provence) i a altres regions.

La Blanca de Tudela mostra una genètica que fa pensar que deriva d’un creuament entre una “Catanesi” i una carxofera d’una altra tipologia.

Les carxofes del grup “Romaneschi”

El grup “Romaneschi” és genèticament més heterogeni. Morfològicament, en canvi, són més semblants (formes circulars o el·líptiques transversals), la qual cosa indica segons Pavan et al. que la composició genètica no sempre explica tota la morfologia. Cal pensar que la morfologia és determinada únicament per un nombre petit de gens.

Les carxofes verdes i negres de Pulla

L’estudi mostra que, genèticament, les “carxofes verdes de Pulla” formen un grup compacte. També el formen, com a subgrup, les variants classificades dins del “Nero del Salento”. Aquestes variants sols creixen a Pulla, i són testimoni, segons Pavan et al., de la importància d’aquesta regió com a centre de diversitat de les carxofes, cosa que cal atribuir al manteniment de sistemes agrícoles tradicionals i diversos.

L’heterozigositat de les carxofes

Les carxoferes mostren un índex d’heterozigositat superior al dels cards de la mateixa espècie. Cal no oblidar que les carxoferes es propaguen clonalment. Cal pensar que la selecció de variants aprofitava característiques explicables per efectes heteròtics. També una part de l’heterozigositat pot ésser el resultat de l’acumulació de mutacions. Les dades de Pavan et al. sobre el desequilibri de lligament indiquen una baixa recombinació genètica.

Lligams:

Genotyping-by-sequencing highlights patterns of genetic structure and domestication in artichoke and cardoon. Stefano Pavan, Pasquale L. Curci, Diana L. Zuluaga, Emanuela Blanco, Gabriella Sonnante. PLoS One 13: e0205988 (2018).

 

Arxivat a Ciència i Tecnologia

Podeu escriure el vostre comentari aquí:

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out /  Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out /  Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out /  Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out /  Canvia )

S'està connectant a %s

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir els comentaris brossa. Apreneu com es processen les dades dels comentaris.

%d bloggers like this: