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IMMAGINELA SELEZIONE GENOMICA NELLE RAZZE DA CARNE: WORK IN PROGRESS

RICCARDO NEGRINI

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Quale futuro sostenibile per la selezione della Limousine? Borgo San Lorenzo 6-8.05.2013

Associazione Italiana Allevatori

Trend del mercato della carne nei Paesi PVS

1962 1970 1980 1990 2000 2003

Consumi Kg/procapite/anno

Cereali 132 145 159 170 161 156

Tuberi 18 19 17 14 15 15

Radici 70 73 63 53 61 61

Carne 10 11 14 19 27 29

Latte 28 29 34 38 45 48


Trend del mercato della carne

Domanda di prodotti di origine animale

1993 – 2020

Fonte: FAO 2011


Crescita Paesi emergenti

Fonte: ISMEA

La flessione del peso dell’UE (dal 15% al 13%) e dal C-N America (dal 27% al 25%) èassorbita dalla crescita dell’Asia (dal 19% al 23%) e del S. America (dal 20% al 22%).

Crescita dei paesi emergenti

0

10

20

30

40

50

60

70

1998 2007

Oceania

S. America

C-N America

Africa

Asia

Eur. extra UE

UE-25

5%

22%

25%

8%

23%

5%

13%15%

27%

19%

20%


Export (5Pe: 72%)

Import (5Pi: 57%)

Forte dinamicità nel mercato atlantico (Brasile, Argentina)Si restringe il mercato di esportazione, si allarga quello di importazione

76%

-34%

200%

10%

615%

0 1.000 2.000 3.000

Bra

Aus

Ind

USA

N-Z

(000 tonnellate)

2007

1998

34%

96%

-27%

51%

15%

0 500 1.000 1.500

USA

Rus

UE

EU-

Mex

(000 tonnellate)

2007

1998

Gli scambi di carne bovina

Fonte: ISMEA


I ¾ del mercato di imp/exp si concentrano in soli 6 paesi (l’Italia rappresenta il 22% della domanda UE-27).

569%

13%

-4%

14%

30%

0 100 200 300 400

Irl

Ola

Ger

Fra

Pol

(000 tonnellate)

2007

2003

-5%

46%

38%

36%

15%

0 100 200 300 400

Ita

Fra

Ola

Ger

RU

(000 tonnellate)

2007

2003

Export (5Pe: 73%) Import (5Pi: 72%)

Gli scambi di carne bovina all’interno dell’UE

Fonte: ISMEA


Bovino: crescita dell’import di carne

(000 t.e.c.)

2003 2004 2005 2006 2007 var. '07/03

import di animali vivi 234 242 241 274 224 -4,2%

export di animali vivi 2 3 2 3 4 65,9%

saldo -232 -239 -238 -270 -221 -4,8%

import di carne/prep. 441 429 465 505 485 10,0%

export di carne/prep. 147 182 145 144 138 -6,2%

saldo carne -294 -247 -319 -361 -347 18,0%

autoapprovvigionamento 63% 65% 61% 57% 61% -2,0%

saldo normalizzato -64% -57% -65% -68% -67% 4,6%

Si riduce ulteriormente l’auto-approvvigionamento: per ogni 10 kg di carne consumata 4 kg sono importati sotto forma di carne o animali

Gli scambi di carne bovina in Italia

Fonte: ISMEA


Alcune cause

La riduzione dell’export (e aumento dell’import) è legata al calo della produzione e/o ad una generale perdita di competitività… effetto di:

� fattori finanziari

� elevati (e in aumento) costi di allevamento (materie prime, energia,…)

� vincoli ambientali (direttiva nitrati)

�strutturale ridimensionamento degli allevamenti (bovini)


Demografia della produzione di carne


Una delle risposte: la selezione

P= G+E


Miglioramento genetico classico

•risultato della applicazione della teoria genetica quantitativa alle popolazioni animali

– schemi operativi di selezione

• libri genealogici

• controlli funzionali

– diffusione inseminazione artificiale

– uso di sofisticati modelli statistici per la stima del valore genetico dei riproduttori

• capacità di calcolo dei computer.


Il Performance Test è il principale strumento di valutazione genetica dei bovini da carne. Consiste nel monitoraggio delle attitudini produttive di giovani riproduttori maschi, allevati in condizioni standard presso I centri genetici.

Potenziale genetico (dedotto dall’indice di selezione del padre e della madre);- Morfologia del soggetto;- Accertamento di maternità e paternità attraverso test del DNA;- Analisi del cariotipo (2n = 60).

La scelta dei riproduttori


Lo schema di selezione francese

Il modello infinitesimale

Modello infinitesimaledi Fisher

Parametrigenetici

EBV

Architettura genetica

caratteri

quantitativi

L

Accig/anno

gσ××=∆

parentele

fenotipi

metodistatistici


Il modello infinitesimalefunziona anche per la carne

Trend genetico femmine, indice peso 210 giorni


Trend genetico maschi, indice peso 210 giorni


Il modello infinitesimale: difficoltà

•Caratteri a bassa ereditabilità (il fenotipo predice il valore genetico in modo imperfetto: es. caratteri riproduttivi)

•Costo e difficoltà di misurazione: es. resistenza alle malattie

•Misure su un solo sesso: es. caratteri lattiferi

•Misure dopo l’età riproduttiva: es. caratteri riproduttivi

•Caratteri misurati post-mortem: es. qualità della carne

•Associazioni negative (linkage o epistasi)

•Interazioni genotipo-ambiente

•Bassa numerosità della popolazione


...CCGTATCTAGGTA A ATGTACAATCTTG...

...CCGTATCTAGGTA T ATGTACAATCTTG...

La genetica molecolare in aiuto

Uno SNP (Single Nucletide Polymorphism) è definito come una mutazione di singola base presente in in una popolazione con una frequenza maggiore dell’1%.


CRISÀ A., MARCHITELLI C., SAVARESE MC., VALENTINI A. (2003). Sequence analysis of myostatin promoter in cattle. Cytogenetic and Genome Research 102:48-52

Effetto di un polimorfismo nella regione del promotore della miostatina in bovini

Gli SNP


MAS: Integrazione di informazioni sui QTL negli schemi di selezione tradizionali

GAS: Integrazione delle informazioni sull’effetto di mutazioni specifiche causative negli schemi di selezione tradizionali

GS: Selezione basata sulle informazioni genomiche

Come sfruttare le informazioni sul DNA


• Lo studio della variazione genetica lungo tutto il genoma

• Lo scopo è identificare associazioni tra marcatori molecolari e caratteri di interesse o tra marcatori e la presenza assenza di una patologia a base genetica

Genome Wide Association


La rivoluzione molecolare


54,001 Marcatori SNP nel bovino

La rivoluzione molecolare


Si sfrutta ilDisequilibrio di Linkage

Associazione diretta Associazione indiretta

Approccio del gene candidato per posizione, per funzione o entrambe

Approccio GWAS


Genotipi

Parto facile Parto difficile

Associazione marcatore-carattere


E’ una ricerca facile?


Genotipi

Parto facile Parto difficile

Associazione marcatore-carattere

Fam

iglia

1F

am

iglia

2

Attenzione alle parentele tra soggetti analizzati


• 54.001 SNPs / genotipizzazione

• 228 genotipizzazioni

• TOTALE DI 12.312.228 DATA POINTS

DATASET GENOMICODATASET INIZIALE

Genome Wide Association study


Genome Wide Association sulla razza Marchigiana

DATASET GENOMICOEDITING DEI DATI & ANALISI ESPLORATIVE

DATASET DI RIFERIMENTODATASET DI RIFERIMENTO

Qualità della genotipizzazione (ripetibilità)Qualità della genotipizzazione (ripetibilità)

DATASET INIZIALE (54 K)DATASET INIZIALE (54 K)

Animali

“problema”

Animali

“problema”Discendenza non mendeliana (animali)Discendenza non mendeliana (animali)

Frequenza di genotipi mancanti (SNP)Frequenza di genotipi mancanti (SNP)

Frequenza dell’allele minore (MAF)Frequenza dell’allele minore (MAF)

HWE – Analisi di frequenza genotipicheHWE – Analisi di frequenza genotipiche

Discendenza non mendeliana - MarcatoriDiscendenza non mendeliana - Marcatori

Frequenza di genotipi mancanti (Animali)Frequenza di genotipi mancanti (Animali)

Marcatori

“problema”

Marcatori

“problema”

Genotipizzazione

“problema”

Genotipizzazione

“problema”


• Dataset “sporco”

218 animali x 48031 SNPs (5970 monomorfi)

• Dataset “pulito”

206 animali x 38502 SNPs

Il dataset genomico


Disequilibrio di linkage

0 1000 2000 3000 4000 5000

0.0

0.1

0.2

0.3

Marker dis tance in kb

Av

era

ge

r2

Angus

BrownSwiss

Gir

Hols te in

Jersey

Limousine

N'dama

Nelore

Piemontese

Romagnola


Qualche risultato

RESA AL MACELLO


La miostatina


Qualche risultato

RESA AL MACELLO

Miostatina


ACCRESCIMENTO MEDIO GIORNALIERO

Qualche risultato


GRASSO

Qualche risultato


Malattie genetiche

Control Population Disease Population

Common variant – Common disease


Distonia muscolare congenita

[Charlier et al, 2008 Nature Genetics]


ATP2A1, fast-twitch

skeletal-muscle Ca2+ ATPase


La biodiversità

Bovine HD~

770K SNPs

Limousine


Cosa succede nel mondo

La razza Angus utilizza un pannello di marcatori per potenziare la selezione di 20 caratteri di qualità, fertilità, produzione


Pfizer Animal Division ha predisposto modelli di selezione genomica per la razza Angus basate sul Chip Illumina 54K


Queste Associazioni stanno lavorando in collaborazione con le Università U.S.A. per sviluppare le proprie equazioni di predizione basate sul pannello illumina 54K



http://www.ingenomix.fr

La ricerca nel mondo

http://www.nbcec.org/


International Hereford Comparisons -Combined Pan American

International Evaluation

Valutazioni tra paesi



Quale futuro ???

• Progetto SELMOL Coordinatore Alessandro Nardone

– SNP chip su bovini

• Progetto Innovagen Coordinatore Alessio Valentini

– SNP chip bovini (anche 800k), ovini, caprini, suini, cavalli

– Sequenza esoma bovini

– Epigenoma

• Progetto Filiera Coordinatore Alessio Valentini

– SNP chip bovini

Nella ricerca in Italia


Nella tecnologia

RINGRAZIAMENTI


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