Antonello Carta AGRIS Sardegna Settore Genetica e Biotecnologie. Agris Agenzia Regionale per la Ricerca in Agricoltura

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1 La genomica nell allevamento ovino Antonello Carta AGRIS Sardegna Settore Genetica e Biotecnologie

2 Approccio tradizionale della selezione genetica negli ovini Controlli funzionali Registrazione parentele FA e MN controllata Valutazione genetica Diffusione del progresso genetico verso allevamenti commerciali Barillet, 1997 La dimensione ottimale del nucleo dovrebbe essere compresa nell intervallo fra il 10 e il 20% della popolazione totale (Elsenand Mocquot, 1974)

3 Approccio tradizionale della selezione genetica Processo cieco : nessuna conoscenza geni, alleli, frequenze, effetti e localizzazione Numero elevato di misure individuali

4 STIMA DEL VALORE GENETICO Sistema tradizionale Parentele ½ ½ ½ ½ Porzione dovuta al fattore genetico Porzione dovuta al fattore allevamento Porzione dovuta al fattore annata Produzioni

5 STIMA DEL VALORE GENETICO positivo negativo P M P M P M P M P M

6 Strategie: Nuovi obiettivi (misure semplificate) Organizzazione in fasce dello schema Genomica

7 Obiettivi del miglioramento genetico negli ovini da latte 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 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

8 DNA arrays Identificazione di regioni del DNA che influenzano caratteri di interesse economico Assegnazione delle parentele Selezione Genomica Sequenziamento intero genoma Identificazione di mutazioni causative, imputazione, varianti genomiche Sequenziamento di geni candidati Varianti genomiche in geni candidati

9 L impiego della genetica molecolare Identificazione geni e polimorfismi In pratica approccio Scrapie Approccio gene candidato: locus PrnP Identificazione del polimorfismo al locus PrnP che modula la suscettibilità/resistenza alla malattia Tecniche molecolari high throughput per l analisi dei genotipi Nessuna misurazione fenotipica Facilità della verifica di effetti pleiotropici su altri caratteri

10 10/04/2017 Agenzia Regionale per la Ricerca in Agricoltura Settore: Genetica e Biotecnologie

11 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 ocostosidamisuraresulargascala 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)????

12 identificazione di varianti genomiche (SNP) SNP con solo 1 analisi

13 Impiego DNA Chip -log10(pvalue) Regioni del DNA che influenzano caratteri del latte nella razza Sarda TG Pos (Mb) log10(pvalue) TP Pos (kb)

14 QTL che influenzano il contenuto in proteina del latte su OAR6 35 OAR6: QTL detection analysis.protein Content 30 -log(pnom) Mb

15 Varianti nei geni delle caseine 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) _A/C Gene: CSN1S2

16 VISNA MAEDI I lentivirus dei piccoli ruminanti (SRLV) sono membri della famiglia Retroviridae, virus che infettano pecore e capre causando una malattia cronica e progressiva. Il virus Visna-Maedi fa parte di questa famiglia e l infezione è incurabile. Le pecore in genere non mostrano i segni della malattianei primi due anni dall infezione. I sintomisono perdita di peso, mastiti, difficoltà respiratorie, perdita del controllo motorio e artrite. Una volta infettati, gli animali saranno portatori del virus e non esiste ad oggi nessun trattamento né vaccino. Nelle pecore, alcuni animali risultano resistenti all infezione nonostante ripetute esposizioni al lentivirus. Inoltre è stato accertato che la suscettibilità all infezione è razza/dipendente.

17 VISNA MAEDI Precedenti studi eseguiti su pecore allevate in USA hanno identificato una causa genetica della suscettibilità a tale malattia. Polimorfismo E35Kal gene TMEM154 2 varianc E e K Genotipo E/E SUSCETTIBILE Genotipo E/K SUSCETTIBILE Genotipo K/K RESISTENTE

18 TMEM154 E35K (razza Sarda) 106 ariec iscrie al LG della razza Sarda nac tra il 1988 ed il 2010 tipizzati per il TMEM154 E35K Allele Genotipo E K E/E E/K K/K numero frequenza

19 TMEM154 E35K (Nucleo Genomico) 615 pecore del Nucleo Genomico di età>2 anni Cpizzate per il TMEM154 E35K Allele Genotipo E K E/E E/K K/K numero frequenza

20 VISNA MAEDI (Nucleo Genomico) Nella primavera 2016 su 863 femmine presenti nel Nucleo Genomico analisi sierologica per VISNA-MAEDI (fonte IZS Sassari) Anno nascita N. NEGATIVO POSITIVO Prevalenza Tot

21 Impiego della monta naturale controllata Gestione di un gruppo di pecore con un solo ariete durante la stagione di monta ( gruppo di monta ) Periodo di monta Parti Gruppo di monta 1 Ariete1 Gruppo di monta 2 Ariete2 o gruppo di arieti mag giu lug ago set ott nov dic gen feb Intervallo di 14 giorni Realizzata sia con arieti giovani che con arieti provati La dimensione dipende dall attitudine sessuale dell ariete (30-50 pecore) Difficoltà dell impego in allevamenti di grosse dimensione (numero gruppi) Valorizzazione delle abilità acquisite dagli allevatori Agnello1 padre: ariete1 madre: pecora1 Agnello2 padre: ariete2 o sonosciuto madre: pecora1

22 Impiego della genomica nella monta naturale Attribuzione delle parentele Gruppo di monta Gruppo di Arieti Periodo di monta Parti mag giu lug ago set ott nov dic gen feb Agnello1 padre: ariete1 madre: pecora1 Agnello2 padre: ariete2 madre: pecora1

23 Applicazione di un protocollo low cost fondato sull utilizzo di DNA- ARRAY per l accertamento delle genealogie in ovini di razza Sarda AB AB AB BB AB AA BB AA

24 Applicazione di un protocollo low cost fondato sull utilizzo di DNA- ARRAY per l accertamento delle genealogie in ovini di razza Sarda Compatibilità non significa necessariamente attribuzione paternità. Con l analisi di tanti SNP sarà possibile identificare i genitori anche nel caso di arieti o greggi molto imparentati.

25 Applicazione di un protocollo low cost fondato sull utilizzo di DNA- ARRAY per l accertamento delle genealogie in ovini di razza Sarda AA? AA AA? AA AA AA??? AA

26 Applicazione di un protocollo low cost fondato sull utilizzo di DNA- ARRAY per l accertamento delle genealogie in ovini di razza Sarda Per poter essere applicata su larga scala una tecnica molecolare per l accertamento delle genealogie deve possedere le seguenti caratteristiche Tempistica ridotta Costi accessibili Automazione di tutto il processo

27 Selezione Genomica(Genomic selection) Calcolo del valore genetico dei candidati alla selezione come somma degli effetti dei genotipi ai singoli SNP stimati in una popolazione di riferimento Popolazione di riferimento Candidati alla selezione Genotipi e fenotipi Genotipi Equazione di stima con analisi statistiche complesse è possibile stimare per ogni singolo punto del DNA che impatto ha sulle performance degli individui Animali selezionati

28 Impiego Selezione Genomica negli ovini da latte Caratteristiche delle popolazioni Prove di progenie meno efficienti Raccolta fenotipi meno accurati Scarsa diffusione della FA Struttura della popolazione non ottimale per la valutazione genetica Obiettivo Non rivolto alla riduzione dell intervallo di generazione Migliorare l accuratezza della prova di progenie Limiti: Minore numero di caratteri misurati Maggiore costo della analisi molecolare in relazione all informazione ottenuta Bovini SNP x caratteri = informazioni molecolari Ovini SNP x 1-5 Caratteri = informazioni molecolari Occorre una progettazione dell utilizzo di questi strumenti nella realtà ovina

29 Selezione Genomica 2.0 Allevamento genomico Centro Arieti FA Libro Genealogico? Fondatori P M P M P M P M Sequenza Intero Genoma + Array ad Alta Densità Array a Bassa Densità + Imputazione Nuovi Caratteri e Fenotipi più vicini al genotipo GEBV + Mutazioni Causali Stima dell effetto degli aplotipi e GWAS