Miglioramento genetico: il capitale del futuro. Antonello Carta, Sara Casu, Sotero Salaris AGRIS Sardegna

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1 Miglioramento genetico: il capitale del futuro Antonello Carta, Sara Casu, Sotero Salaris AGRIS Sardegna

2 Obiettivi del miglioramento genetico negli ovini da latte Consumatori: tendenza al consumo di prodotti che identifichino una razza e un territorio, biologici, salubri e di elevato valore nutrizionale. Ma la crisi economica attuale sembra riproporre il consumo di prodotti di massa a basso costo di produzione La scelta degli obiettivi di selezione presuppone strategie commerciali di lungo periodo

3 Obiettivi del miglioramento genetico negli ovini da latte Produttori: incremento ricavi e riduzione dei costi di produzione Resistenza alle malattie Mastitti e cellule somatiche Nematodi e altri parassiti Paratubercolosi EST (SCRAPIE) Attitudine alla mungitura Morfologia mammaria Cinetica mungitura Attitudine alla singola mungitura Produzione, efficienza e..impatto ambientale Quantità di latte (per capo) Quantità materia utile caseificabile (per capo) Persistenza lattazione

4 Obiettivi del miglioramento genetico negli ovini da latte Trasformatori: incremento ricavi, riduzione dei costi di produzione e qualità economica Qualità igienico- sanitaria (?) Produzione Quantità di latte totale Quantità materia utile caseificabile Rendimento alla trasformazione (tenori in grasso e proteina) Prodotti biologici (?) Qualità nutrizionale (?) Contenuto in acidi grassi

5 Obiettivi del miglioramento genetico negli ovini da latte Obiettivi economici non sempre coincidono Strumenti: tavoli tecnico-economici e griglie di pagamento del latte idonee a motivare gli allevatori programmi pubblici?

6 Obiettivi del miglioramento genetico negli ovini da latte Esistono metodologie matematicostatistiche in grado di identificare obbiettivi di selezione aggregati che diano il giusto peso economico agli obbiettivi parziali Uscire dall empirismo

7 Foto: Attività industriale

8 Attività zootecnica

9 1) Possiamo progettare gli animali come progettiamo le macchine industriali? SI, anche se non completamente 2) Con quale strumento? 3) Con quali obbiettivi? Il miglioramento genetico Animali più redditizi ma....salvaguardando le risorse genetiche

10 Effetto cumulativo del miglioramento genetico Tecnica di produzione +2L +2L +2L +2L +2L = +10L anni Miglioramento genetico +2L +4L +6L +8L +10L = +30L

11 Strategie selettive 1.Introduzione di razze specializzate 2.Incrocio razza locale con razze specializzate per la produzione di latte 3.Selezione della razza pura locale

12 Strategie di selezione nelle principali specie zootecniche allevate in Sardegna Ovini: selezione della razza autoctona Bovini latte: introduzione razze da latte specializzate Bovini carne: incrocio, parzialmente pianificato, con razze esotiche Suini: incrocio, non pianificato, con razze esotiche Caprini: incrocio, non pianificato, con razze da latte esotiche (Maltese) Equini: passaggio da incroci non mirati a incroci gestiti

13 Rischi differenti: Ovini: perdita di variabilità genetica e geni utili soprattutto nel caso di processi selettivi rapidi (es. selezione per la resistenza alla Scrapie) bovini, caprini, suini, equini: - estinzione razze locali - adattamento non soddisfacente delle razze importate - perdita di identità dei prodotti tipici per mancanza di un legame stretto con le razze locali

14 Livelli di evoluzione dei sistemi di allevamento e delle strategie di selezione negli ovini da latte Livello Genetico Razze locali migliorate o incrociate. Sistemi Intensivi Schemi di selezione efficienti. Formaggi DOP. Mercato nazionale ed estero. Razze locali di medio grandi dimensioni. Sistemi Semiintensivi. Schemi di selezione efficienti. Formaggi DOP. Mercato nazionale ed estero. Razze locali di medio grandi dimensioni. Sistemi Semiestensivi. Possibilità di avviare schemi di selezione. Produzioni casearie artigianali o industriali. Mercato locale e nazionale Razze locali non migliorate o incroci. Sistemi estensivi. Nessun schema di selezione. Produzione casearia artigianale destinata al consumo familiare o locale. Francia(Roquefort), Spagna (Castilla y Leon). Italia (Sardegna,Toscana, Lazio), Francia (Pirenei), Spagna (Castilla La Mancha) Spagna (Paesi Baschi e Navarra), Italia (Sicilia), Francia (Corsica), Grecia e Portogallo Est Europa, Balcani e alcune situazioni locali nell Europa occidentale e Nord Africa. Livello d intensificazione

15 Il miglioramento delle razze locali sembra attualmente la strategia migliore Perché: Identità produzioni Adattamento razze locali Possibilità effettiva di realizzare schemi miglioramento

16 Come abbiamo fatto finora? Caratteri quantitativi (variabilità continua; genotipo + ambiente) Variabilità genetica: poligenica additiva Numero elevato di geni diffusi in tutto il genoma, ciascuno con effetto infinitesimale

17 Esigenze della selezione classica Misure dei fenotipi di interesse su un gran numero di animali Registrazione parentele Altre informazioni (allevamento, età etc)

18 Non partiamo da zero 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)

19 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

20 Incremento genetico per la produzione di latte (MY) Lacaune& RedManechewes : trenddegli effetti produzionelatte, EBVe flock x Year Razza Lacaune Incremento genetico annuale per MY tra1990 e L Razza Manech red faced Incremento genetico annuale per MY tra1990 e L

21 Però..... Processo cieco : nessuna conoscenza geni, alleli, frequenze, effetti e localizzazione Numero elevato di misure individuali

22 Come potremo fare meglio? Costo misure fenotipiche (personale) Apporto pubblico alla selezione Costi delle applicazione della genetica molecolare (DNA - chip technology-basso costo unitario per informazione) Può la genomica aiutare a superare i limiti descritti?

23 Obbiettivi Identificazione geni e polimorfismi In pratica approccio Scrapie

24 Polimorfismi identificati nel gene PrnP ovino UTR 3 UTR codoni A/V A R/H R Q/R/H R RESISTENTE 2 A R H 3 A R Q 4 A H Q 5 V R Q SENSIBILE

25 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

26 Frequenze Genotipiche al locus PrP in Sardegna nella popolazione iscritta al Libro Genealogico della razza Sarda (anno nasc ) Arieti Pecore Genotipo N Freq, N Freq, ARR/ARR ,4% RR: 32,4% ,7% RR: 28,7% ARR/ARQ ,5% ,6% ARR/AHQ 655 4,9% 723 5,8% RS: 48,5% ARR/ARH 8 0,1% 9 0,1% ARR/VRQ 2 0,0% 6 0,0% ARQ/ARQ ,1% ,0% AHQ/ARQ 466 3,5% 539 4,4% AHQ/AHQ 39 0,3% 44 0,4% SS: 19,1% ARQ/ARH 36 0,3% 6 0,0% AHQ/ARH 3 0,0% 4 0,0% ARQ/VRQ 3 0,0% 0 0,0% RS: 49,5% SS: 21,8% (RR: omozigote resistente; RS: eterozigote resistente; SS: sensibile),

27 Insegnamenti dalla selezione per la resistenza alla Scrapie Aspetti pratici Organizzazione della raccolta di campioni biologici (sangue e bulbi piliferi) e dell identificazione degli animali Creazione di una banca del DNA (bulbi piliferi nella razza Sarda) Educazione degli allevatori all impiego dei risultati della genetica molecolare e alla gestione di piani di accoppiamento Modellizzazione della selezione simultanea per caratteri quantitativi e caratteri influenzati da un solo gene Collaborazione fra istituzioni sanitarie (aziende sanitarie e istituti zooprofilatici) e associazione degli allevatori

28 Nuove Prospettive Incrementare in misura considerevole i risultati fin qui ottenuti attraverso l utilizzo dei nuovi strumenti offerti dalla genetica molecolare

29 Nuove Prospettive: The OvineSNP50 BeadChip Risultato della collaborazione tra Illumina e AgResearch, Baylor UCSC, CSIRO e USDA International Sheep Genomics Consortium AGRIS ha partecipato al consorzio e ha ottenuto i primi 672 chip a un prezzo concordato precommerciale Tipizzazione contemporanea di polimorfismi di un singolo nucleotide (SNPs( SNPs) per 12 campioni alla volta.

30 ANNO DI NASCITA Popolazione sperimentale allevata a Monastir Pecore BC Pecore BC 1999 ML AL MS AS MS MS MS AS MS AS X AS AS X 18 arieti sardi Figlie delle BC ML MS AL AS X MS MS AS AS X Figlie delle BC MS MS AS AS 18 famiglie di arieti Sardi provenienti dal Centro Arieti 11 arieti sardi 2 PNA+2 Incroci ML AL MS AS MS AS MS AS MS AS MS AS MS AS MS AS 11 famiglie di arieti sardi provenienti dal Centro Arieti + 4 da arieti incrociati o neri

31 Popolazione sperimentale allevata a Monastir (2006)-2008 X MS MS X AS AS 11 arieti sardi (2007) MS MS X AS AS X ~ 21 arieti sardi/anno FA

32 Protocollo prevede la generazione ogni anno di famiglie di circa 7 figlie di arieti utilizzati in FA ( Le femmine prodotte verranno misurate per numerosi caratteri di importanza economica non rilevabili su tutta la popolazione in selezione in ragione della laboriosità e del costo della misura con gli obbiettivi: 1) Valutare le principali linee genetiche della razza per i caratteri suddetti 2) Realizzare studi di identificazione di mutazioni utili nei geni che determinano i caratteri di interesse economico 3) Rispetto alla strategia dell allevamento nucleo non è prevista la produzione di riproduttori

33 Popolazione sperimentale Caratteri misurati Produzione lattea giornaliera Tenori Grasso, Proteina e Lattosio Accrescimento (agnelle) Peso (adulte) Nota di stato corporeo Produzione Lana Qualità lana Cinetica emissione del latte Morfologia mammaria Vacuometro Apparato mammario: cellule somatiche Apparato mammario: esame clinico mammella Apparato mammario: esame batteriologico Apparato mammario: individuazione mastiti cliniche Resistenza ai parassiti gastro-intestinali Resistenza all' Oestrus ovis test ELISA Resistenza all' Oestrus ovis score / scala lineare Resistenza alla paratubercolosi: test sierologico Resistenza alla paratubercolosi: test istologico Resistenza alla paratubercolosi: PCR Contenuto in acidi grassi Tasso ovulazione Fertilità (dopo sincronizzazione) Prolificità Stagionalità estri Anticorpi anti PMSG

34 Lo schema del futuro? Az. Sperimentale Monastir Libro genealogico Misurazione caratteri su vasta scala Latte Morfologia mammaria Tenori in grasso e proteine Cellule somatiche Valutazioni genetiche caratteri costosi: Qualità latte Resistenza malattie Morfologia mammaria Valore nutrizionale Mutazioni geniche con effetti positivi sui caratteri di interesse economico Popolazione commerciale Centro Arieti capi allevamenti Arieti elite Madri ariete 500 giovani arieti capi; allevamenti 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 Piattaforme analisi genomiche Diffusione progresso genetico attraverso arieti in monta naturale Latte trasformato in formaggi DOP (Pecorino Romano, Pecorino Sardo e Fiore Sardo)

35 Salvaguardia risorse genetiche Recupero razze locali a rischio estinzione: supporto delle scelte per la creazione di bio-banche in situ o ex situ (greggi e branchi macomer e foresta burgos e banche germoplasma) Misurare la variabilità e le distanze genetiche nelle popolazioni Monitorare la perdita di variabilità genetica nelle popolazioni sottoposte a processi selettivi

36 Finanziamenti ottenuti Identificazione di QTL o geni implicati nel determinismo genetico dei caratteri di produzione, qualità e sicurezza alimentare nella popolazione ovina sarda (APQ P5a, RAS-CRP, ) Ricerca di QTL per il tenore in grasso e proteina nel latte ovino e valutazione del potenziale impatto della selezione assistita da marcatori nella razza ovina Sarda (Selmol, MIPAF, ) Sustainable Solutions for Small Ruminants (3SR, 7PQ-UE, )

37 Finanziamenti per i quali stiamo lavorando Centro di Competenza Biodiversità Animale (in collaborazione con l Università di Sassari) SELMOL2 (in collaborazione con Assonapa e Università Molise) Misura 241 PSR Assessorato Agricoltura per promozione razze locali Altri programmi europei???? Piano specifico Regionale?????

38 Possiamo costruire in Sardegna un programma specifico per lo sviluppo di schemi di miglioramento genetico delle razze locali? Punti di forza: Gruppi di genetica animale di assoluto livello internazionale in AGRIS e nell Università Piattaforme analitiche e poli biotecnologici ben attrezzati e competenti (sistema allevatori - Porto Conte Ricerche) Sistema allevatori efficiente e ben connesso con la realtà produttiva e allevatori con cultura del miglioramento genetico Possibilità vendere ricerca e tecnologie a paesi del bacino del Mediterraneo

39 Possiamo costruire in Sardegna un programma specifico per lo sviluppo di schemi di miglioramento genetico delle razze locali? Punti di debolezza: Difficoltà nel trasferimento tecnologico Mancanza di un programma specifico regionale Mancanza tavolo tecnico-scientifico permanente per coordinamento strategie e risorse MA SI PUO FARE!