STRATEGIE PER LA SELEZIONE GENETICA PER LA RESISTENZA ALLA SCRAPIE E I CARATTERI PRODUTTIVI

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1 STRATEGIE PER LA SELEZIONE GENETICA PER LA RESISTENZA ALLA SCRAPIE E I CARATTERI PRODUTTIVI Antonello Carta AGRIS Sardegna

2 Obiettivi TRADIZIONALI Le pecore da latte hanno una duplice attitudine (65-75% latte 35-25% carne) Il miglioramento della produzione del latte costituisce ancora l obbiettivo principale Il tenore in grasso e proteine, contenuto in cellule somatiche e morfologia mammaria sono in fase di introduzione

3 Nuove esigenze Consumatori: prodotti biologici e salubri Produttori: riduzione dei costi di produzione resistenza alle malattie Mastiti sub-cliniche (CCS) Nematodi e altri parassiti Encefalopatie Spongiformi Trasmissibili attitudine alla mungitura meccanica e longevità funzionale apparato mammario Morfologia mammaria e cinetica mungitura Valore nutrizionale del latte Contenuto in acidi grassi (CLA) del latte

4 SCHEMA DI SELEZIONE DELLA RAZZA SARDA Libro genealogico 8% della popolazione totale Controlli funzionali Fecondazione artificiale (FA) Monta naturale controllata (MN) Valutazione genetica Arieti elite Centro Arieti capi allevamenti Madri ariete 500 giovani arieti Diffusione progresso genetico attraverso arieti in monta naturale capi; allevamenti Popolazione commerciale Un parto all anno in contro-stagione Parti adulte tra Ottobre e Dicembre Parti primipare tra Febbraio e Marzo Agnelli macellati a 30 giorni età Latte trasformato in formaggi DOP (Pecorino Romano, Pecorino Sardo e Fiore Sardo)

5 SCHEMA DI SELEZIONE DELLA RAZZA SARDA OBIETTIVI Incremento della produzione lattea per capo e lattazione Aumento della resistenza alla scrapie IN FASE DI INTRODUZIONE Miglioramento della morfologia mammaria Miglioramento della qualità del latte (grasso e proteina) IN FASE DI STUDIO Funzionalità produttiva (CCS, mastiti) Aumento della resistenza a malattie (nematodi, paratubercolosi)

6 CARATTERE SELEZIONATO Incremento della produzione lattea per capo e lattazione Carattere poligenico, cioè supposto come determinato da molti geni ciascuno dei quali contribuisce all espressione del fenotipo in maniera infinitesimale, ed è influenzato da fattori ambientali. Selezionato secondo l approccio della genetica quantitativa Aumento della resistenza alla scrapie Carattere monogenico, cioè determinato da un solo gene, non influenzato da fattori ambientali e con dominanza quasi assoluta. Selezionato con il ricorso alla genetica molecolare

7 Non confondere l intervento genetico in un focolaio con la selezione nella popolazione per l incremento della resistenza: sono due approcci con logiche completamente differenti

8 SELEZIONARE SIGNIFICA: classificare gli individui disponibili e scegliere i migliori per produrre la generazione successiva Obiettivo di un programma di miglioramento genetico è massimizzare la superiorità genetica della generazione n+1 rispetto alla generazione n. Normalmente il progresso genetico viene espresso per unità di tempo (DG annuo). La sua stima è importante per confrontare differenti programmi di selezione e ottimizzare le scelte.

9 Codifica alleli e genotipi al locus PrP Alleli ARR R Resistente AHQ S Sensibile ARH S Sensibile ARQ S Sensibile VRQ S Sensibile Genotipi ARR/ARR RR Omozigote resistente ARR/ARQ RS Eterozigote resistente ARR/AHQ RS Eterozigote resistente ARR/ARH RS Eterozigote resistente ARR/VRQ RS Eterozigote resistente ARQ/ARQ SS Sensibile AHQ/ARQ SS Sensibile AHQ/AHQ SS Sensibile ARQ/ARH SS Sensibile AHQ/ARH SS Sensibile ARQ/VRQ SS Sensibile

10 Le combinazioni a due a due di questi alleli negli individui possono essere molte, ma dal momento che solo un allele è resistente e tutti gli altri sono sensibili, possiamo ridurre le possibili combinazioni a 3: 1) Resistente / Resistente (R/R) 2) Resistente / Sensisbile (R/S) 3) Sensibile / Sensibile (S/S)

11 Caratteristiche di ciascun genotipo: Resistente/Resistente (R/R) (ARR/ARR) E resistente alla malattia e trasmette la caratteristica della resistenza a tutti i suoi discendenti

12 Ariete resistente R R Pecora resistente R R Pecora resistente ma portatrice sensibilità Pecora sensibile S S R S Progenie tutta resistente R R R R Progenie tutta resistente 1/4 portatrice di sensibilità Progenie tutta resistente portatrice di sensibilità R S R S 100% R R R S 100% 75% 25%

13 Caratteristiche di ciascun genotipo: Resistente/Sensibile R/S (ARR/xxx) E resistente alla malattia ma trasmette la caratteristica della sensibilità a metà dei suoi discendenti

14 Ariete resistente portatore di sensibilità R S Pecora resistente R R Pecora resistente ma portatrice sensibilità R S Pecora sensibile S S Progenie tutta resistente 1/4 portatrice di sensibilità R R R S 75% 25% Progenie 3/4 resistente 1/4 sensibile R R R S S S 25% 50% 25% Progenie 1/4 resistente 3/4 sensibile R 25% S S S 75%

15 Caratteristiche di ciascun genotipo: Sensibile/Sensibile (S/S) (AHQ, ARQ, ARH, VRQ) E sensibile alla malattia e trasmette la caratteristica della sensibilità a tutti i suoi discendenti

16 Ariete sensibile S S Pecora resistente R R Pecora resistente ma portatrice sensibilità Pecora sensibile S S R S Progenie tutta resistente portatrice di sensibilità R S R 100% S Progenie 1/4 resistente 3/4 sensibile R S S S Progenie tutta sensibile S S S S 100% 25% 75%

17 Nello stabilire programmi di selezione per la resistenza genetica alla Scrapie occorre tenere conto dei seguenti aspetti: consistenza della popolazione frequenze alleliche iniziali presenza di un attività di selezione genetica per altri caratteri

18 RISPOSTA ALLA SELEZIONE intensità di selezione accuratezza della stima variabilità genetica intervallo di generazione

19 Richiami teorici : evoluzione frequenze alleliche q = q 1 -q q = sq 2 (1-q)/1-sq 2 q dipende da s ma anche dalle frequenze alleliche iniziali

20 Le scelte selettive si devono fondare oltre che sulle frequenze alleliche di partenza al locus PrP anche sulla pressione di selezione sugli altri caratteri produttivi (latte, morfologia mammaria)

21 RR RS SS Tot Freq. Iniz. p 2 2pq q 2 1 Coeff. Sel 0 0 S Fitness 1-s1 1-s2 1-s3 Contr. Gam. p 2 (1-s1) 2pq (1-s2) q 2 (1-s3) p 2 (1-s1) + 2pq(1-s2) + q 2 (1-s3)

22 Contr.Gam. p 2 (1-s1) 2pq (1-s2) q 2 (1-s3) p 2 (1-s1) + 2pq(1-s2)+ q 2 (1-s3) In pratica s1,s2 e s3 dipendono da : le frequenze di partenza le enfasi relative del carattere resistenza alla scrapie e dei caratteri produttivi eventuali effetti del genotipo PrP sui caratteri produttivi

23 la selezione è più veloce con frequenze intermedie e comunque tende a rallentare nel tempo

24 Utilizzo di arieti ARR/ARR in allevamenti con frequenze alleliche iniziali differenti Frequenza allele ARR Gen F50% F25% F10% frequenza allele ARR generazione F50% F25% F10% Scarto tra 0 e 7 = 49.6% 74.4% 89.3% Scarto tra 7 e 14 = 0.4% 0.6% 0.7%

25 Come per i caratteri produttivi la via maschile è la più economica nonché la più efficace Con la genotipizzazione dei soli arieti conosciamo il 50% degli alleli della generazione successiva. Per conoscere il restante 50% dobbiamo realizzare un numero di analisi incrementato del rapporto riproduttivo tra i sessi (1/ 40-1/100)

26 Efficacia della via maschile nel progresso genetico per la produzione di latte PA MA PP MP 51 % 28 % 14 % 7 % A 79 % 21 % P PL 3,2 litri/anno

27 L utilizzo di animali giovani consente di accorciare l intervallo di generazione e dunque di ottenere maggiori incrementi genetici. Ma ci sono controindicazioni...

28 Valutazione genetica ariete miglioratore per la produzione di latte Eventi Nascita Età ariete (mesi) 1 monta Nascita 2 monta Parto 3 monta Val. gen Età figlie (mesi)

29 Programmazione degli accoppiamenti: se conosco o stimo il genotipo delle femmine dopo aver selezionato (scelto i riproduttori) posso programmare gli accoppiamenti. Le diverse strategie non modificano le frequenze alleliche ma possono modificare in maniera drastica quelle genotipiche.

30 1 CASO: ACCOPPIAMENTO CASUALE Genitori Frequenza allelica ARR = 50% Frequenze genotipiche RR = 25% RS = 50% SS = 25% Progenie Frequenza allelica ARR = 50% Frequenze genotipiche RR = 25% RS = 50% SS = 25% 4

31 2 CASO: ACCOPPIAMENTO PROGRAMMATO PER AUMENTO OMOZIGOTI RESISTENTI Genitori Frequenza allelica ARR = 50% Frequenze genotipiche RR = 25% RS = 50% SS = 25% Progenie Frequenza allelica ARR = 50% Frequenze genotipiche RR = 37,5% RS = 25% SS = 37,5% 6

32 3 CASO: ACCOPPIAMENTO PROGRAMMATO PER AUMENTO DELLA RESISTENZA Genitori ARR = 50% RR = 25% RS = 50% SS = 25% Progenie Frequenza allelica ARR = 50% Frequenze genotipiche RR = 12,5% RS = 75% SS = 12,5%

33 Problematiche nella gestione della popolazione in selezione Competizione con gli altri obiettivi di selezione Evitare inbreeding Insufficiente dimensione del LG per fornire arieti a tutta la popolazione Specializzazione di greggi commerciali nella produzione di arieti resistenti con conseguente competizione con LG Razze meno organizzate nella selezione dei caratteri produttivi più efficienti nel raggiungere un livello di resistenza maggiore delle razze con schemi più organizzati

34 Gestione della popolazione in selezione: problematiche Specializzazione di greggi commerciali nella produzione di arieti resistenti con conseguente competizione con LG

35 Gestione della popolazione in selezione: problematiche Specializzazione di greggi commerciali nella produzione di arieti resistenti con conseguente competizione con LG LEGGE REGIONALE 14 maggio 2009, n.1 Disposizioni per la formazione del bilancio annuale e pluriennale della Regione (legge finanziaria 2009). Art. 4 -

36 Gestione della popolazione in selezione: problematiche Competizione con gli altri obbiettivi di selezione La Selezione per la Resistenza alla Scrapie può influenzare gli altri caratteri d interesse in seguito a: Un effetto diretto del locus PrP o di un gene strettamente legato (intera popolazione) Un effetto di un gene non strettamente legato al locus PrP (entro famiglia) La perdita di pressione di selezione dovuta all introduzione di un nuovo obiettivo di selezione Riduzione variabilità genetica

37 Effetto diretto alleli PrP µ SS µ RS µ RR Se le medie del carattere quantitativo sono significativamente differenti tra i tre genotipi dobbiamo tenerne conto nella selezione

38 Gestione della popolazione in selezione: problematiche Competizione con gli altri obbiettivi di selezione La Selezione per la Resistenza alla Scrapie può influenzare gli altri caratteri d interesse in seguito a: Un effetto diretto del locus PrP o di un gene strettamente legato (intera popolazione) PrP Gene d

39 Gestione della popolazione in selezione: problematiche Competizione con gli altri obbiettivi di selezione La Selezione per la Resistenza alla Scrapie può influenzare gli altri caratteri d interesse in seguito a: Un effetto diretto del locus PrP o di un gene strettamente legato (intera popolazione) Un effetto di un gene non strettamente legato al locus PrP (entro famiglia) PrP Gene d

40 Associazione tra PrP e valore quantitativo Esempio: gene PrP 1 carattere quantitativo viene selezionato µ RR = µ RR µ RS = µ RS + RS µ SS = µ SS + SS Il valore per il carattere quantitativo può essere più alto nei genotipi peggiori per il PrP

41 Principali risultati Un effetto dovuto alla differente pressione di selezione sui genotipi PrP è stato identificato per la produzione di latte Carattere Contrasto Differenza ES p Produzione di latte RR vs SS RR vs RS Questa differenza è principalmente dovuta alla strategia di selezione di utilizzare nel libro genealogico anche arieti resistenti di basso merito genetico e solo arieti suscettibili di elevato merito genetico

42 Perdita di pressione di selezione sul carattere quantitativo S1= µ xx -µ xx µ xx µ xx µ RR = µ RR µ RS = µ RS + RS µ SS = µ SS + SS S2= f RR *(µ RR -µ xx )+ f RS *(µ RS -µ xx )+ f SS *(µ SS -µ xx ) S1>S2

43 La selezione genetica per la resistenza alla Scrapie - Strategie all interno del LG - funzionamento degli arieti: è stato consentito a giovani maschi non ancora provati per la produzione di latte (senza figlie con produzioni) ma con valore genetico elevato e genotipo omozigote resistente di essere impiegati come padri d ariete. E stata elevata la soglia del valore genetico per l utilizzo nel LG degli arieti sensibili recupero di importanti linee di sangue particolarmente valide per la produzione di latte ma di genotipo sensibile attraverso accoppiamenti programmati degli arieti con pecore omozigoti resistenti al fine di produrre una progenie resistente.

44 Numero di capi analizzati (N.) e frequenza dell allele ARR (%) per annata di nascita nella popolazione iscritta al LG della razza Sarda 70 % ARR * Pecore Arieti n. Pecore n. Arieti *si riferisce a tutti gli animali nati entro il 2004

45 Effetto della selezione per la resistenza alla Scrapie sul progresso genetico dei caratteri di interesse economico Produzione di Latte Quantità di Latte Quantità di Grasso Quantità di Proteina Percentuale di Grasso Percentuale di Proteina Morfologia Mammaria Posizione del Capezzolo Altezza della Mammella Grado di Separazione della Mammella Attacco della Mammella Produzione Spermatica Volume dell eiaculato Nessun effetto diretto o di associazione con un gene per i caratteri produttivi Adattamenti dello schema hanno consentito di limitare le perdite di progresso genetico sui caratteri produttivi legate alla perdita di pressione di selezione per introduzione di un altro carattere Motilità Massale Concentrazione

46 Progresso Genetico (indice) e Produttivo (LEPM) per anno di nascita di pecore iscritte al LG con antenati noti (posto uguale a zero i valori delle pecore nate nel 1990) Litri INDICE LEPM Anno Nascita

47 Gestione della popolazione in selezione: problematiche Evitare l aumento consanguineità e la riduzione della variabilità genetica Evitare uso eccessivo delle stesse linee genetiche resistenti Stoccaggio materiale seminale delle linee escluse dalla riproduzione

48 Gestione della popolazione in selezione: problematiche Insufficiente dimensione del LG Stima della disponibilità di riproduttori resistenti di buon livello genetico per i caratteri produttivi Genotipi e Frequenze Materne (%) Genotipi e Frequenze Paterne (%) RR RS 43,0 57,0 RR 27,9 12,0 15,9 RS 49,8 21,4 28,4 SS 22,3 9,6 12,7 Accoppiamenti Genotipo e Frequenza nella Progenie Tipo Frequenza RR RS SS RR x RR 12,0 12,0 - - RR x RS 21,4 + 15,9 18,6 18,6 - RR x SS 9,6-9,6 - RS x RS 28,4 7,1 14,2 7,1 RS x SS 12,7-6,4 6,4 somma 37,7 48,8 13,5

49 Stima della disponibilità di riproduttori resistenti di buon livello genetico per i caratteri produttivi Nell ipotesi che il numero di maschi nati nel LG corrispondano al numero di agnelle da rimonta (circa ogni anno) e sapendo che il 65% di queste ha un valore genetico superiore alla media della popolazione la ripartizione per genotipo degli agnelli sarebbe: RR = 0,377 x x 0,65 = RS = 0,488 x x 0,65 = SS = 0,135 x x 0,65 = 4.388

50 Gestione della popolazione in selezione: problematiche Insufficiente dimensione del LG Il numero di agnelli omozigoti resistenti selezionati anche per la produzione di latte che possono essere potenzialmente prodotti negli allevamenti iscritti al LG è sufficiente a soddisfare le richieste degli allevamenti commerciali L elevata disponibilità riduce la distorsione dei prezzi di mercato anche in considerazione delle recenti norme regionali (LR n.1 art ) e nazionali (MIPAAF DM ) che prevedono incentivi per l acquisto di tale tipologia di arieti.

51 Insegnamenti dalla selezione per la resistenza alla scrapie come per i caratteri produttivi la via maschile è la più efficace prelievi ed analisi devono essere corretti è meglio utilizzare animali giovani la selezione è più veloce all inizio programmazione degli accoppiamenti monitoraggio dell effetto sui caratteri produttivi

52 Insegnamenti dalla selezione per la resistenza alla scrapie Organizzazione di un sistema di raccolta e stoccaggio di materiale biologico (sangue/bulbi piliferi) e di identificazione degli animali Gli allevatori familiarizzano con i termini e risultati della genetica molecolare ed imparano a gestire gli accoppiamenti programmati Gli allevatori fanno esperienza sulla selezione contemporanea di caratteri quantitativi e influenzati da un solo gene Collaborazione fra istituzioni sanitarie e associazioni degli allevatori

53 Conclusione: Come proseguire? Con il crescere della frequenza dell allele ARR è logico ed economicamente sostenibile analizzare tutta la rimonta? Certificazione dei genotipi calcolati sulla base dei genotipi dei genitori e con test parentela confermato? Quale percentuale di alleli sensibili è tollerabile nella popolazione senza maggiori rischi di comparsa della malattia? Introduzione metodi analitici che consentono individuare allevamenti a rischio con analisi latte di massa (RISKSCRA)