Il lavoro di tesi è stato sviluppato coadiuvando il Progetto di dottorato "Benelat" che si inserisce nell'ambito del benessere animale e delle strategie di miglioramento genetico degli allevamenti di bovini da latte, finalizzati all'incremento della sostenibilità e della competitività del comparto zootecnico.
L'obiettivo principale dello studio è stato quello di osservare come funziona il controllo genetico di alcuni biomarcatori della risposta allo stress nelle bovine da latte. La ricerca è stata svolta negli ultimi tre anni su circa mille bovine dell'Azienda Agricola Fugazza, sita a Gragnano Trebbiense, in provincia di Piacenza.
La tesi sperimentale nasce dalla constatazione che gli animali da reddito sono sempre più sottoposti a numerose sollecitazioni di tipo fisiologico, manageriale e ambientale nell'arco della loro carriera. Ad esempio, lo stress ambientale è stato particolarmente intenso nella scorsa estate calda e siccitosa, mentre lo stress metabolico è tipico in prossimità del parto.
È indubbiamente possibile migliorare, nel breve periodo, la risposta agli eventi stressanti individuando soluzioni di tipo manageriale e nutrizionale ma è la genetica a poter fornire una risposta a lungo termine. Lo scopo è stato quello di ottenere nuove nozioni sul funzionamento della risposta allo stress delle bovine e, soprattutto, quello di identificare caratteri implementabili in un progetto di selezione al fine di ottenere individui più resilienti allo stress.
Un passo in questa direzione era già stato fatto nel corso di un precedente progetto di ricerca volto a indagare il controllo genetico di alcuni biomarcatori ematici della risposta allo stress, con l'individuazione di alcune interessanti associazioni per quanto riguarda la ceruloplasmina, la paraoxonasi (Pon) e la gamma glutamil transferasi (Ggt) ematiche. Tuttavia, il campione di animali oggetto dello studio aveva dimensioni limitate ed era composto da soli animali sani e in lattazione medio avanzata.
Il lavoro di tesi si è posto l'obiettivo di validare tramite analisi Gwas le associazioni precedentemente individuate in un campione più ampio e indipendente, verificando in un periodo particolarmente stressante del ciclo produttivo il periodo di transizione e la risposta metabolica di bovine con differente genotipo per i biomarcatori coinvolti nelle risposte di adattamento allo stress.
Le informazioni necessarie sono state ottenute tramite genotipizzazione di tutti gli animali e confronti statistici del livello dei parametri ematici. Questi ultimi sono stati misurati su gruppi di bovine con genotipo omozigote opposto per il gene di interesse, ed eterozigote per gli altri. I prelievi sono stati effettuati in tre diversi time point nel periparto.
La quantificazione dei metaboliti nel plasma è avvenuta utilizzando un autoanalizzatore per biochimica clinica.
Sono stati misurati circa 30 biomarcatori ematici riguardanti il metabolismo energetico, il metabolismo proteico, la funzionalità del sistema immunitario, la funzionalità epatica e lo stress ossidativo.
Schema del processo di sperimentazione con genotipizzazione degli individui e confronti dei parametri ematici
(Fonte foto: Lucio Passerini)
Nella prima fase si sono confermate delle associazioni genetiche statisticamente significative per due dei tre biomarcatori ematici implicati nella risposta allo stress precedentemente individuati (Ggt e Pon), sono anche state individuate due nuove associazioni per la fosfatasi alcalina e lo zinco. Per la ceruloplasmina, invece, non c'è stata conferma di un'associazione significativa.
La seconda fase invece è stata realizzata per confermare la presenza di vantaggi adattativi in relazione a una delle forme alleliche individuate. I risultati hanno confermato l'effetto significativo dei marcatori Ggt e Pon anche negli animali sotto stress, si è quindi dimostrata la possibilità di modulare il livello dei due enzimi per via genetica.
Infatti, in confronti tra gruppi di animali con genotipo omozigote opposto per il locus di interesse, è emerso che gli animali con genotipo omozigote AA al marcatore Snp associato a Ggt hanno una concentrazione ematica dell'enzima mediamente inferiore rispetto agli animali con genotipo opposto. Generalmente, valori più bassi di Ggt sono associati a una migliore condizione epatica, minore infiammazione e minor stress ossidativo.
I risultati dei quattro marcatori utilizzati in cui si sono trovate associazioni significative
(Fonte foto: Lucio Passerini)
Similmente, animali con genotipo omozigote AA al locus associato a Pon risultano avere mediamente valori ematici di questo enzima superiori rispetto agli animali con genotipo opposto. Generalmente, valori più elevati di Pon sono associati a un minore stato infiammatorio e a un minore stress ossidativo.
Si è quindi dimostrato che i biomarcatori sopracitati, ovvero gamma glutamil transferasi, paraoxonasi, fosfatasi alcalina e zinco, mostrano un controllo genetico significativo molto semplice.
Infatti, i segnali individuati si trovano su un preciso cromosoma e coinvolgono una regione genomica ben definita, che include il gene (o la famiglia di geni) che direttamente codifica per la proteina. Inoltre, tramite confronti statistici, si è confermato che è il gene che codifica per quelle proteine ad avere il controllo sul livello ematico dei biomarcatori individuati.
I risultati dei marcatori utilizzati in cui si sono trovate associazioni significative per l'alcalino fosfatasi e lo zinco
(Fonte foto: Lucio Passerini)
Questo è il primo studio ad aver investigato l'effetto dei caratteri coinvolti nella risposta agli stress che si verificano nel periodo del periparto, previa individuazione di specifici geni, mediante Gwas, dentro una popolazione. Aver dimostrato che si tratta di caratteri semplici, il cui controllo è esercitato da pochi geni aventi un largo effetto, semplifica le fasi di studio e modellizzazione, ma soprattutto rende meno complessa l'eventuale implementazione di un programma di miglioramento genetico per questi caratteri.
Appare quindi sempre più chiaro come questi biomarcatori ematici possano portare il livello di informazione oltre la singola funzione biologica, ed essere usati come mezzo per avviare un programma di selezione genetica per la resilienza.
L'ereditabilità per questi caratteri inoltre risulta essere molto elevata, e questo costituisce indubbiamente una ulteriore facilitazione per l'attuazione di una selezione genetica.
I risultati ottenuti sono stati anche confrontati con 50 Estimated Breeding Value (Ebv) forniti dall'Associazione Nazionale Allevatori della Razza Frisona, Bruna e Jersey Italiana (Anafibj) che hanno fatto emergere come i caratteri presi in esame dalla ricerca sono indipendenti da quelli attualmente sotto selezione. Per cui se si iniziasse ad inserirli in un programma di selezione non ci dovrebbero essere influenze negative su altri risultati già considerati.
Nello scenario attuale la resilienza alle condizioni stressanti acquisisce un interesse sempre più significativo come carattere target per fronteggiare le sfide rivolte al settore zootecnico da latte. La selezione di un sistema agrozootecnico resiliente permetterebbe di affrontare gli eventi stressanti in modo più efficiente,
minimizzando le perdite economiche e l'impatto ambientale, garantendo il benessere animale e permettendo una riduzione dell'utilizzo di trattamenti farmacologici, specialmente antibiotici, in considerazione del forte ruolo che ha lo stress cronico come modulatore negativo della risposta immunitaria.
Lo studio di tesi ha fornito una nuova modalità di approcciarsi alla risposta di adattamento delle bovine, che va ulteriormente approfondita, in cui la variabilità genetica determina differenze nella risposta metabolica che possono avere ripercussioni su benessere, stato di salute e performance.
È importante precisare che sarà conveniente mettere in atto la selezione per questi alleli solo quando si potranno confermare con maggiore sicurezza i vantaggi in termini metabolici e di risposta immunitaria durante eventi stressanti di genesi metabolica/infettiva.
Sarà proprio in questa direzione che ci si muoverà in futuro, cercando di orientare la selezione genetica nella direzione della resilienza, del benessere animale e di un minore impatto ambientale dei sistemi di produzione animale. Difatti, più l'animale possiede una buona salute meno impattante sarà la produzione a livello ambientale.
In conclusione, un bovino in salute è più efficiente, utilizza meglio le risorse energetiche ed alimentari e le trasforma con maggiori vantaggi economici per l'allevatore.
Lucio Passerini, categoria "Zootecnia"
(Fonte foto: Lucio Passerini)
Scarica la tesi completa di Lucio Passerini
Per eventuali contatti psslucio98@gmail.com
A cura di Lucio Passerini
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