Contributi per il miglioramento genetico del ficodindia (Opuntia ficus indica (L.) Mill.)

Prickly pear (Opuntia ficus indica (L.) Miller) belongs to the Cactaceae family and is native to Central America. O. ficus indica is the most economically important species among the Opuntia genus, which comprises other edible species which are cultivated both for fruits and cladodes in many arid or semiarid areas worldwide. Prickly pear is cultivated in Sicily, where it assumed economic importance and became a symbols of specific zones, especially the Etna area. The sicilian production is exclusively based on three cultivars, Bianca (white), Gialla (yellow), and Rossa (red), each with some variants ( trunzare ). The cultivar names are based on fruit characteristics. The main aim of this phD project was increase varietal diversity in Sicily through conventional breeding and the introduction of foreign varieties, and to provide new information and tools that might be useful for cactus pear breeding. The conventional breeding approach was based on crosses of Bianca x Rossa , and Bianca x Opuntia amycalea . Both cross pollinations generated a total of 85 seedlings. After a period of acclimation and growth in greenhouse, these seedlings have been transferred in the Opuntia collection field of the experimental station of Catania University, where they will be evaluated for heir agronomic performance. Another research activity consisted in the collection of local and foreign germplasm. A total of 62 genotypes belonging to 16 Opuntia species were introduced for ex situ conservation. Since little was known about their ancestries and the overall level of genetic diversity, a set of microsatellite markers was used for genotyping the Opuntia cultivated varieties and related species. The clusters identified by the distance and model-based analyses clearly separated the wild opuntias from the cultivated ones. However, the O. ficus indica accessions did not cluster separately from other arborescent cactus pear species, indicating that their current taxonomical classifications do not fit with their genetic variability. In general, the genotypes cultivated in Sicily had a very narrow genetic basis, whereas the Mexican accessions showed high levels of diversity. This study increases our knowledge of the variability among some of the most diffused Opuntia cultivated accessions and might be useful for breeding programs that capture most of the existing variability among prickly pears. Moreover, a in vitro propagation protocol was performed and optimized to get true to type plants. The optimized protocols allowed to produce rapidly a high number of micropropagated plants of Bianca , Gialla , Rossa and Opuntia amyclaea. True to typeness was verified using AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) markers. 15 primer combinations generated a total of 952 markers, which evidenced no polymorphysms between the micropropagated plants and the mother plant. The results suggested that no somaclonal variation has occurred, consequently this method will be used for the propagation of other promising genotypes.

Il ficodindia (Opuntia ficus indica (L.) Miller) è un arbusto succulento appartenente alla famiglia delle Cactaceae e originario del Messico ma presente in tutto il bacino del Mediterraneo e nelle zone temperate di America, Africa, Asia ed Oceania. In Sicilia la specie ha trovato ottime condizioni pedoclimatiche che le hanno permesso di colonizzare numerosi ambienti diventandone di fatto uno dei principali simboli. Nonostante l'ampia diffusione nel nostro territorio, il ficodindia è caratterizzato da un patrimonio varietale limitato, rappresentato quasi esclusivamente dalle cultivar Bianca , Gialla e Rossa e dalle loro varianti trunzare. L'obiettivo che ci si è posti nel corso del triennio del Dottorato di Ricerca è stato quello di gettare le basi per l'ampliamento del patrimonio varietale del ficodindia. Per raggiungere tale scopo sono state affrontate diverse linee di ricerca. Innanzitutto sono state realizzate delle impollinazioni incrociate tra le cultivar Bianca e Rossa di Opuntia ficus indica e tra Bianca ed Opuntia amyclaea al fine di ottenere ibridi con migliori caratteristiche tra le quali, auspicabilmente, una maggior presenza di semi abortiti, una migliore resistenza alle manipolazioni post-raccolta, per la varietà Bianca , e la diminuzione dell'alternanza produttiva che caratterizza la cultivar Rossa. I protocolli utilizzati per le operazioni di impollinazione incrociata e germinazione dei semi hanno dato soddisfacenti risultati permettendo di ottenere 85 ibridi che, dopo una fase di acclimatazione e crescita iniziale in serra, sono stati messi a dimora in un apposito campo dell'Azienda Sperimentale della Università di Catania. Tali semenzali saranno in seguito valutati per le caratteristiche dei frutti prodotti. Un altra linea di ricerca ha previsto la realizzazione di un campo collezione attraverso l'introduzione di genotipi alloctoni, provenienti da diverse aree del mondo, ed il reperimento nel territorio siciliano di germoplasma autoctono. In totale, sono stati reperiti 62 genotipi appartenenti a 16 specie di Opuntia. Vista la scarsità di informazioni sul livello di diversità genetica esistente nell'ambito del germoplasma reperito, è stata condotta un analisi molecolare attraverso marcatori micro satelliti (SSR-simple sequence repeats). L'analisi molecolare condotta ha permesso di stimare il livello di diversità esistente tra i genotipi in esame ed ha suddiviso il germoplasma in raggruppamenti che si discostano chiaramente dall'attuale classificazione tassonomica basata su parametri morfologici quali la presenza/assenza delle spine. Dall'analisi è emerso che il materiale reperito in Sicilia possiede una base genetica molto ristretta e risulta chiaramente distinto dai genotipi alloctoni che mostrano un livello di diversità genetica elevato. Le informazioni emerse da queste analisi potranno essere utilizzate per lo sviluppo di futuri programmi di miglioramento genetico. Infine, per far fronte alla necessità di dover moltiplicare in elevate quantità ed in modo rapido il germoplasma introdotto dall'estero ed i genotipi ottenuti in seguito a programmi di incrocio, è stato definito un protocollo di propagazione in vitro per l'ottenimento di cloni con patrimonio genetico identico alla pianta madre (true to type). Il protocollo di micropropagazione utilizzato ha permesso di ottenere in un arco di tempo limitato un elevato numero di individui da piante madri di Bianca, Gialla, Rossa ed Opuntia amyclaea. Tali piante sono state sottoposte alla verifica della true to typeness attraverso l'uso di marcatori AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism). L'analisi condotta con 15 coppie di primer ha generato 952 marcatori che non hanno evidenziato variabilità tra i cloni e le piante madri. L'assenza di polimorfismi suggerisce che il protocollo si presta all ottenimento di materiale micro propagato con un discreto livello di stabilità genetica.