Antonello Carta, Marco Pittau, Marino Contu, Riccardo Negrini, Maria Filippa Addis

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1 Antonello Carta, Marco Pittau, Marino Contu, Riccardo Negrini, Maria Filippa Addis

2 È la tecnica che consente di incrementare il livello delle performance delle nuove generazioni rispetto alla generazione dei genitori attraverso la selezione degli individui da destinare alla riproduzione

3 Tecnica di produzione +2L +2L +2L +2L +2L = +10L anni Miglioramento genetico +2L +4L +6L +8L +10L = +30L

4 Gregge 100 pecore produzione media 130 L Miglioramento genetico 2 L/anno Nessun miglioramento Quantità latte guadagnato gregge Quantità latte/capo carriera Quantità latte/capo migliorato carriera N. Pecore necessarie per mantenere costante la produzione Pecore risparmiate possibili risultati in 10 anni di selezione litri nel gregge - 76 pecore Posso scegliere tra 2 opzioni: Fare più latte con lo stesso numero di pecore litri (cumulati in 10 anni) X 0,95 /litro = Mantenere costante la produzione con un minor numero di pecore 76 pecore in 10 anni X 226 UFL/anno 1 = UFL (171 q Orzo 30 /q) = Fabbisogno di mantenimento (da A. Cannas, Il costo di produzione del latte: un approccio di scenario)

5 Obiettivo principale: incremento della quantità di latte per capo Lacaune Progresso genetico annuo dal 1990 al ,5 L (Marnet et al., 2010) Lacaune ewes : trend on milk yield, EBV and flock x Year effect Sarda Progresso genetico annuo dal 1991 al ,7 L (fonte ASSONAPA elaborazione AGRIS, 2012) Andamento per anno di nascita della produzione di latte (LEPM), valore genetico (EBV) e effetto allevamento (GACS) in prima lattazione (dove la media nel 1991 è = 160)

6 Obiettivi del miglioramento genetico negli ovini da latte Produttori: incremento ricavi (quantità e qualità economica ) e riduzione dei costi di produzione Resistenza alle malattie Mastiti (cellule e morfologia ammaria) Nematodi e altri parassiti Paratubercolosi EST (SCRAPIE) VISNA MAEDI Sostenibilità Basse emissioni di gas serra Uso sostenibile risorse foraggere Attitudine alla mungitura Morfologia mammaria Cinetica mungitura Attitudine alla mungitura singola Efficienza Quantità di latte (per capo) Quantità materia utile caseificabile (per capo) Persistenza lattazione Fertilità Longevità

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

8 animale economicamente efficiente miglioramento genetico della razza locale importare razze estere già migliorate

9 Ovini: selezione della razza autoctona Bovini: incrocio, parzialmente pianificato, con razze esotiche Suini: incrocio, non pianificato, con razze esotiche Caprini: incrocio, non pianificato con razze da latte esotiche (Maltese, Alpine) e importazione (Murciano, Saanen)

10 Libro genealogico 8% della popolazione totale Controlli funzionali Fecondazione artificiale (FA) Monta naturale controllata (MN) Valutazione genetica Arieti elite Centro Arieti capi 970 allevamenti Madri ariete 500 giovani arieti Diffusione progresso genetico attraverso arieti in monta naturale Popolazione commerciale 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 Obiettivo di selezione: incremento della produzione di latte per capo Incremento della resistenza alla Scrapie Latte trasformato in formaggi DOP (Pecorino Romano, Pecorino Sardo e Fiore Sardo)

11 Dati ASSONAPA elaborazione AGRIS FA e MN Parentele allevamenti pecore in controllo dosi FA 70% genealogie conosciute allevamenti pecore in controllo dosi FA 56% genealogie conosciute

12 Difficoltà includere ulteriori caratteri oltre la produzione di latte e la resistenza alla scrapie: CCS, PG, PP, morfologia mammaria (inclusi con controlli semplificati) Resistenza alle malattie (mastiti, parassiti interni, paratubercolosi) Valore nutrizionale del latte (composizione acidi grassi) Attitudine alla mungitura In seguito a: Elevati sforzi organizzativi necessari per applicare l approccio classico Elevati costi di controllo per caratteri difficili da misurare

13 Strategie: Semplificazione dei controlli (nuovi caratteri) Organizzazione in fasce dello schema Genomica

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15 Agenzia per la Ricerca in Agricoltura. Regione Sardegna Dipartimento di Medicina Veterinaria Università degli Studi di Sassari Associazione Regionale Allevatori della Sardegna Associazione Nazionale per la Pastorizia Associazione Provinciale e Interprovinciale di: Cagliari Nuoro Oristano Sassari

16 Comitato di pilotaggio costituito dai coordinatori delle singole attività con l obbiettivo di avere una singola unità operativa 6 Work Package orientati sui pilastri del miglioramento genetico: Tecnologie innovative per la misurazione del fenotipo Tecnologie genomiche per l attribuzione della paternità Tecnologie genomiche per la selezione Biotecnologie della riproduzione Personale Coinvolto: Strutturati, Contrattisti, Borse di studio giovani ricercatori

17 la creazione e il mantenimento di tre popolazioni sperimentali: Alla fine del progetto queste popolazioni costituiranno il pilastro dello schema innovativo di selezione della razza ovina Sarda.

18 WP1: Creazione e mantenimento delle tre popolazioni animali sulle quali fondare il nuovo schema di selezione della pecora Sarda: allevamento genomico, Centro arieti, selezione LG. Riccardo Negrini, ASSONAPA: Centro arieti. Riccardo Negrini, ASSONAPA: Campione aziende iscritte al Libro Genealogico. Antonello Carta, AGRIS: Allevamento genomico (Azienda Monastir di AGRIS Sardegna). WP2: Analisi genomiche con DNA chip e sequenziamento, fine mapping e calcolo indici genomici Vincenzo Carcangiu, UNISS: Analisi di geni funzionalmente associati all efficienza riproduttiva. Massimo Vacca, UNISS: Analisi dei geni GH e del suo recettore GHR nella pecora di razza Sarda. Bernardo Chessa UNISS: Analisi di geni coinvolti nella resistenza alla Partubercolosi e alla Visna Maedi. Antonello Carta, AGRIS: Analisi genomiche : DNA chip o sequenziamento completo. Antonello Carta, AGRIS: Fine mapping, individuazione marcatori da utilizzare in selezione e calcolo indici genomici.

19 WP 3: Sviluppo metodiche innovative e o applicazione di quelle già in essere di misura delle performance di interesse. Marino Contu ARAS: Fertilità. Marino Contu, ARAS-APA: Caratteri di routine in allevamenti LG. Maria Filippa Addis, PCR: Mastiti. Antonio Scala, UNISS: Nematodi. Maria Filippa Addis, PCR: Valore caseario del latte. Marco Pittau, UNISS: Small Ruminant Lentivirus e Mycobacterium avium sbsp. Paratuberculosis. WP4: Potenziamento del Centro Arieti per la FA, la diffusione di animali di elevato valore genetico e la messa a punto di nuove metodiche per la realizzazione dell inseminazione strumentale e la conservazione del seme fresco. Riccardo Negrini, ASSONAPA: Vincenzo Creazione banca germoplasma. Salvatore Pau, UNISS: Sviluppo fecondazione intrauterina; sviluppo tecniche conservazione seme fresco e nuove tecniche inseminazione strumentale, formazione fecondatori. WP5 : Valutazione costi benefici dello schema individuato. WP6 :Trasferimento tecnologico e disseminazione dei risultati.

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21 Il DNA è costituito da una successione lineare di geni (1.5%) alternati a porzioni con funzioni da identificare (98.5%) anche se è noto che la maggior parte del DNA ha un ruolo nell espressione dei caratteri

22 DNA Chip Individuazione zone di interesse nel genoma (QTL) Attribuzione parentele Valutazione genetica Sequenziamento intero genoma Individuazione geni e mutazioni di interesse Sequenziamento geni di interesse Individuazione varianti positive

23 Permettono di identificare: variazioni del DNA in una sola analisi

24 Popolazione (1000 capi?) che rappresenti l intera variabilità genetica molecolare del LG nella quale: Misurare con registrazione accurate sia i caratteri misurati nel LG che caratteri difficili o costosi da misurare su larga scala Effettuare analisi molecolari con CHIP HD su tutti gli animali (4000 gia analizzati) Individuare geni di interesse Applicare la valutazione genetica tradizionale e la Selezione Genomica su un ampio numero di caratteri Vantaggi: Aumento del numero dei caratteri valutati Riduzione degli animali su cui rilevare i fenotipi costo delle analisi del genotipo (numero di CHIP da acquistare)????

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26 -log(pnom) QTL che influenzano il contenuto in proteina del latte su OAR6 35 OAR6: QTL detection analysis.protein Content Mb

27 Sequenziamento intero genoma Sequenziamento di animali scelti ad hoc al fine di identificare i geni associati ad alcuni caratteri quantitativi di interesse: Attitudine alla mungitura Produzione di latte Resistenza alla paratubercolosi e ai nematodi Suscettibilità alle mastiti Già disponibili: 24 animali In progetto: gli arieti con il maggiore impatto nella popolazione iscritta al LG

28 OAR Trait Loc (Mb) p-val Contrast (u.d.s) 7 FEC FEC SCS PTB 25 < CLA/V 20 < PC 85 < MY 46 < TP 61 < Caratteri: resistenza ai nematodi (FEC), contenuto in cellule somatiche (SCS), resistenza alla paratubercolosi (PTB), rapporto CLA/acido vaccenico (CLA/V), contenuto totale in proteina del latte (PCT), produzione di latte (MYT), posizione del capezzolo (TP)

29 Pos Gene Symbol Conseq. cdna_pos CDS_pos Prot_pos AA Codons EXON - INTRON SIFT CSN1S1 Missense T/I act/att 16/16 del(0.02) CSN2 Missense M/V Atg/Gtg 6/7 tol(0.4) CSN1S2 splice_reg intron_var / CSN1S2 Missense N/K aac/aag 15/16 tol(0.17)

30 Sequenziamento geni di interesse Conoscenze dell effetto di singole mutazioni ai geni sui caratteri di interesse Selezione Assistita da Geni per la resistenza alla Scrapie Progresso genetico annuo per la resistenza alla Scrapie nella razza Sarda Numero di animali analizzati al locus PrP nella popolazione iscritta al LG della razza Sarda Frequenza dell allele ARR nella popolazione iscritta al LG Annata di nascita Pecore Arieti Totale

31 Uno studio ha confermato la presenza di numerose varianti del gene TMEM154 sul cromosoma 17 ovino. Principalmente 3 sembrano coinvolte nel conferire resistenza (1) o suscettibilità (2,3). La resistenza è conferita solo in stato omozigote per la mutazione E35K (K / K).

32 Analisi genetiche alla mutazione E35K in un allevamento dove erano presenti animali sani e malati. Gli animali risultati tutti sensibili: 60 omozigoti (E / E) e 2 eterozigoti (K / E). Per verificare la presenza dell allele che conferisce resistenza nella popolazione sarda, sono stati analizzati 10 animali della popolazione sperimentale che si ipotizzava fossero portatori di tale allele. Gli animali sono risultati eterozigoti (K / E) confermando la presenza nella popolazione sarda dell allele resistente (K) anche se in forma eterozigote e con una bassa frequenza. Sono in corso le analisi genetiche di ulteriori arieti sardi della popolazione sperimentale.

33 Parentele ½ ½ ½ ½ Porzione dovuta al fattore genetico Porzione dovuta al fattore allevamento Porzione dovuta al fattore annata Produzioni

34 positivo negativo P M P M P M P M P M

35 Allevamento genomico Libro Genealogico? Fondatori P M P M P M P M

36 Analisi genomica arieti e pecore (chip adattato SNP?) Discriminazione del padre anche in presenza di arieti molto imparentati Costo di avviamento (analisi di tutti gli animali) Costo di routine (solo la rimonta)

37 Livello accuratezza controlli Trasferimento progresso genetico Piattaforme Analisi Genomiche Fenotipi innovativi Popolazione in Selezione Allevamento Genomico Azienda AGRIS (Monastir) ~ figlie di arieti FA EBV e DGV per caratteri routinari o difficili da misurare SNP associati a caratteri economici FA Fascia 1 Fascia 2 Fascia 3 POPOLAZIONE COMMERCIALE

38 Punti di Forza Gruppi di genetica animale di livello internazionale (AGRIS - UNISS) Piattaforme analitiche e poli biotecnologici ben attrezzati e competenti (ARAS Porto Conte Ricerche) Sistema allevatori efficiente e ben connesso con la realtà produttiva e allevatori con cultura del miglioramento genetico (AIPA AIA - LGS) Possibilità vendere ricerca e tecnologie a paesi del bacino del Mediterraneo

39 comunque non siamo poi così male visto che.