I geni del colore del mantello
Il colore del mantello è stata una
delle prime caratteristiche
selezionate durante i processi di
domesticazione delle specie da
allevamento
Sono presenti così tante
caratteristiche fenotipiche differenti
da rendere questo tratto una
peculiarità distintiva delle diverse
razze
Formazione razze bovine
Processo lungo che parte dalla
domesticazione
Graffiti nelle caverne e reperti ossei
Epoca storica: rappresentazioni artistiche
e documenti/trattati
Distinzione in razze: dal XVIII secolo
XVIII secolo
Bestiame eterogeneo per caratteri esteriori
e per attitudini produttive
Allevatori iniziano a scegliere da questo
materiale di partenza
Rendere uniforme l’aspetto esteriore
Processo di selezione => isolamento
riproduttivo => gruppi, consorzi e società
Formazione delle razze
Isolamento riproduttivo
Fissazione di caratteri fenotipici
(dimensioni corporee, colore del mantello,
pigmentazione delle mucose,presenza o
assenza di corna e loro forma)
In seguito:da criteri morfologici a
funzionali e da selezione fenotipica a
genotipica
Razze bovine
Popolazioni chiuse costituite da soggetti
con peculiari caratteristiche morfologiche e
funzionali che le distinguono da altre
Sono conservate e selezionate da
allevatori che perseguono obiettivi comuni
A tal fine si riuniscono in associazioni e
utilizzano un sistema centrale di
identificazione, registrazione e controllo
Fulcro del sistema
Controlli funzionali
Libro genealogico: vi possono essere
iscritti animali con un particolare standard
proprio di razza che include in genere
anche un caratteristico colore del mantello
(principale carattere esteriore utilizzato)
Database sulle razze di animali
a interesse zootecnico (EAAP)
Diversi gruppi: bianco e nero - nero –
a pattern rosso – rosso – bruno –
grigio – blue – bianco – multicolorato
( più altri sottogruppi)
Cenni storici
Inizi 18° sec. Cina e Giappone: incroci tra
forme diverse di topi selvatici
I genetisti generarono topi con una
grandissima diversità di colore
La maggior parte delle conoscenze odierne
derivano da questi studi
Inizi 1900: i principi di Mendel
vengono riscoperti
Differenze del colore del mantello
usate per esaminare le teorie
fondamentali della genetica (eredità
mendeliana) locus C
1915 primo studio di linkage nei
vertebrati: scoperto il linkage tra
pinkeyed dilution e albino locus nel
topo
Wright: esperimenti per dimostrare
l’epistasi e la pleiotropia
GUINEA PIGS
HOODED RAT
L’epistasi si verifica quando un gene è in
grado di sopprimere l’espressione di un
altro gene che non è suo allele
La pleiotropia è un fenomeno genetico per
il quale un unico gene è in grado di
influenzare aspetti multipli del fenotipo di
un essere vivente
1950-1960 la genetica del colore del
mantello nel topo => usata come
test per studiare le mutazioni
spontanee e indotte
1986 viene clonato il primo gene
della pigmentazione TYRP1: all’inizio
si pensava fosse il gene responsabile
dell’albinismo
base => presenza o assenza di
pigmenti, le melanine, nei peli e nella
pelle
Le melanine sono pigmenti di vario
peso molecolare che si formano
dall’ossidazione enzimatica
dell’amino acido tirosina e da cui
derivano due tipi di pigmenti:
eumelanine (pigmenti neri/marroni)
e feomelanine (pigmenti giallo/rossi)
La pigmentazione è essenzialmente
determinata dalla distribuzione dei
due pigmenti che producono,
rispettivamente, una colorazione
nera/marrone e giallo/rossa
WILD TYPE
I melanociti
Cellule specializzate
responsabili della
pigmentazione di
pelle, peli e occhi dei
mammiferi
Si trovano
esclusivamente nello
strato basale
dell’epidermide
Sono 1500/mm2
(seconde come
numero ai
cheratinociti)
Nei melanociti vari geni sono coinvolti
nella coordinazione del processo che
regola il cambiamento del colore
Questo cambiamento è regolato
dall’interazione di 2 geni primari
MC1R e AGOUTI
In assenza della proteina Agouti, MC1R
mantiene i livelli dell’AMP ciclico
sufficientemente alti da attivare il modello
di sintesi dell’eumelanina
Se la proteina Agouti è presente, l’attività
di MC1R è inibita, i livelli di cAMP sono
ridotti e i melanociti smettono di produrre
eumelanina e iniziano a produrre
feomelanina
Geni coinvolti nella regolazione
della melanogenesi
Locus Extension => MC1R
Locus Agouti => ASIP
Geni che influenzano lo sviluppo dei
melanociti e la loro migrazione durante
l’embriogenesi
Locus White Spotting => KIT
(estensione della pezzatura)
Locus Roan => MGF che si lega al
KIT
Geni che codificano per gli enzimi della
biosintesi delle melanine
Locus Albino => TYR
Locus Brown => TYRP1
Locus Slaty => TYRP2
Geni che influenzano la
morfologia dei melanociti
Locus Dilute => MYO5A(miosina di
tipo V) (diluisce la pigmentazione)
Geni che influenzano la struttura
e la funzione dei melanosomi
Locus Silver e Locus pinkeyed dilution
=> proteine transmembrana dei
melanosomi
(perdita dei melanociti
follicolari=>ingrigimento)
MelanoCortin-1 Receptor
(MC1R)
Il locus Extension è stato inizialmente
caratterizzato a livello molecolare nel topo
Questo locus codifica per MC1R indicato
anche come Melanocyte stimulating
hormone receptor
Diverse mutazioni sono state associate a
diverse colorazioni anche nell’uomo
(Valverde et al. 1995), nel cavallo
(Marklund et al. 1996), nella pecora (Våge
et al. 1999), nel pollo (Takeuchi et al.
1997) e nel suino (Kijas et al. 1998)
L’allele wild type E+ che produce diverse
colorazioni:
chianina
maremmana
L’ allele dominante Ed che determina il
colore nero
frisona
L’ allele e che, in condizione
omozigote, determina il colore rosso
pezzata rossa
E+ , e ≠ Ed per la trasversione C→T in
posizione 422 del gene MC1R
L’allele e è caratterizzato dalla
presenza di una delezione della base
nucleotidica G in posizione 437 della
sequenza E+
ASIP Gene (Agouti)
Il locus Extension interagisce in modo
epistatico con il locus Agouti
Quando è presente l’allele wild type (E+)
al locus E si può esprimere l’allele
recessivo a al locus Agouti, che determina
il colore nero recessivo oppure l’altro allele
(A+) che sembrerebbe determinare il
colore marrone
Studiato in molte specie: topo (Robbins et
al. 1993), vacca (Klungland et al. 1995),
cavallo (Marklund et al. 1996), pecora
(Våge et al. 1999) e maiale (Kijas et al.
1998).
Nel topo il locus E è epistatico al locus A
(Bateman & Sombre 1961; Wolff et al.
1978)
Nella volpe non c’è interazione tra i due
locus (Adalsteinsson et al. 1987; Våge et
al. 1997)
Girardot et al. (2005) hanno analizzato il
locus Agouti nei bovini senza trovare alcun
polimorfismo
Royo et al. (2005) hanno analizzato 241
animali provenienti da 6 razze spagnole
(Asturiana de los Valles, Asturiana de la
Montaňa, Negra Serrana, Parda Alpina,
Sayaguesa and Tudanca) e tre francesi
(Parthenais, Tarantaise and Normande)
tutte rappresentative del fenotipo wildtype senza trovare variazioni in nessuno
dei 3 esoni codificanti
Locus White Spotting
è caratterizzato nel topo da mutazioni nel
gene c-kit receptor (KIT; Chabot et al.,
1988)
nel suino mutazioni nel gene KIT causano
il colore del mantello bianco e cinghiato
(Marklund et al., 1998)
nel bovino il locus "Spotted" con l'allele
white face caratteristico della razza
Hereford, è stato mappato sul cromosoma
6 dove mappa il gene KIT (Grosz e
MacNeil, 1999).
Hereford
Nella stessa regione è stato mappato un
QTL per l’estensione della pezzatura nelle
razze Frisone e Simmenthal
Da questi studi si è ipotizzata quindi
l’esistenza di più alleli del gene KIT
con diverso effetto fenotipico;
tuttavia, fino ad ora non sono state
identificate mutazioni del gene KIT
che causano il fenotipo white
spotting nel bovino.
Locus Roan
mappato sul cromosoma 5 di bovino
lo studio di un gene candidato (mast cell
growth factor, MGF) ha evidenziato una
mutazione puntiforme nell'esone 7 del
gene MGF che determina il cambio di un
aminoacido negli animali di razza Blue
Belga e Shorthorn (Seitz et al., 1999) e gli
conferisce il caratteristico colore roano
Blu belga
Shorthorn
Tyrosinase Gene (TYR)
C locus
Causa una gamma di diluizioni tendenti al
bianco (Charolais, White Galloway, White Park)
fino ad arrivare al completo albinismo
White park
White galloway
Charolais
uomo (King et al. 1992), topo (Yokoyama
et al. 1990) e pollo (Tobita-Teramoto et
al. 2000).
Inserzione di una C in posizione 926
causa l’albinismo nei bovini
Tyrosinase Related Protein-1
(TYRP1)
Brown locus
Altera la qualità dell’eumelanina
Sono state identificate tre mutazioni
non conservative
Una di queste (H424Y) sembrerebbe
interagire col locus MC1R
determinando la colorazione bruna
nella razza Dexter
Esempio di applicazione:
DNA antico
Analisi effettuate
Bos taurus
Geni del colore del
mantello (MC1R –TYR –
TYRP1)
Geni legati al sesso
(TSPY – ZFX/ZFY)
Ovis aries
Analisi regione D-loop
(mtDNA)
Identificazione specie
Geni del
colore
del
mantello
bovino
MelanoCortin-1 Receptor
(MC1R)
L’allele wild type E+ che produce diverse colorazioni:
chianina
maremmana
L’ allele dominante Ed che determina il
colore nero
frisona
L’ allele e che, in condizione
omozigote, determina il colore rosso
pezzata rossa
E+ , e ≠ Ed per la trasversione C→T in
posizione 422 del gene MC1R
L’allele e è caratterizzato dalla
presenza di una delezione della base
nucleotidica G in posizione 437 della
sequenza E+
Tyrosinase Gene (TYR)
Causa una gamma di diluizioni tendenti al
bianco (Charolais, White Galloway, White Park)
fino ad arrivare al completo albinismo
White park
White galloway
Charolais
Regione di 162bp sull’esone 2
Inserzione di una C in posizione 926
causa l’albinismo nei bovini
Tyrosinase Related Protein-1
(TYRP1)
Altera la qualità dell’eumelanina
Sono state identificate tre mutazioni
non conservative
Una di queste (H424Y) sembrerebbe
interagire col locus MC1R determinando la
colorazione bruna nella razza Dexter
Regione di 154bp sull’ esone 7
I 12 campioni presi in esame:
Presentano l’allele E+ al locus MC1R
Non hanno l’inserzione che causa l’albinismo
Presentano l’allele wild type al locus brown
Tracciabilità
Industrializzazione
Globalizzazione dei mercati
Agricoltura “anonima”
Materie prime (né origine né imprese
produttrici)
Barriera informativa tra agricoltori e
consumatori
Tracciabilità dei prodotti di
origine animale
L’insieme dei metodi e dei sistemi che
permettono di mantenere l’identificazione
dell’animale o di un gruppo di animali da
cui provengono i prodotti lungo tutto la
filiera
E’ un aspetto fondamentale per garantire
la qualità e la sicurezza degli alimenti
tutelando sia il consumatore che il
produttore da possibili frodi
Consumatore:
Provenienza
Metodi di produzione
Metodi di trasferimento
Metodi di commercializzazione
E’ uno strumento
fondamentale
Libro Bianco sulla sicurezza alimentare
redatto dalla Commissione dell’Unione
Europea
Elemento di base delle normative europee
sulla responsabilità per danni da prodotto
“difettoso”
Individua i responsabili di problemi,
incidenti e sofisticazioni
Consumatore esigente
Ultime emergenze zootecniche:
BSE (Bovine Spongiform Encelophaty)
OGM
diossina
Utile per:
Prodotti normali ottenuti in modo
conforme alle leggi (storia identificata)
Indispensabile per:
DOP
IGP
Prodotti tradizionali
SICUREZZA E QUALITÀ
la tracciabilità è un fondamentale strumento
di
• sicurezza alimentare
• assicurazione della qualità
Settore dell’alimentazione
zootecnica
Mezzo efficace per sviluppare nuove
relazioni tra mondo della produzione e
mondo del consumo
Tracciabilità dei prodotti di
origine animale
Tracciabilità cartacea ed elettronica
Tracciabilità molecolare
Tracciabilità di razza
Necessita di avere marcatori di razza
Caratteri morfologici di razza
Colore del mantello
- pigmentazione della pelle e dei peli
- uniformità o pezzatura
- colore del musello, degli unghioni, della cute
della mammella, ecc.
Corna
- presenza o assenza
- forma
- dimensioni
Forma e dimensioni di altre parti del corpo:
- coda, padiglioni auricolari, ecc.
Sezione di Allevamenti
Zootecnici dell’Università di
Bologna:
Parmigiano Reggiano di sola razza
reggiana
Indagato il gene MC1R che nelle
vacche reggiane presenta l’allele e
(conferma colore rosso)
le frisone hanno un’altissima
frequenza dell’allele ED e una
bassissima frequenza dell’allele e
solo in alcuni soggetti eterozigoti EDe
Sezione di Allevamenti
Zootecnici dell’Università di
Bologna:
Formaggi “disolabruna”
Indagato il gene MC1R
Nella razza Bruna è risultato presente
l’allele E+ e con una bassissima
frequenza anche l’allele e in
condizione eterozigote E+e
Di quale razza?
Cellule somatiche
Isolamento dei geni del
colore del mantello
Identificazione della razza
Trasmissione ereditaria del locus
Extension (E)
Alleli
ED = nero
E+ = bruno
e = rosso
Genotipi
ED ED = nero
ED E+ = nero
ED e = nero
E+ E+ = bruno
E+ e = bruno
e e = rosso
Esempi di razze
Frisona
Bruna
Reggiana, Simmenthal
Trasmissione ereditaria del locus
Spotted (S)
Alleli
S= non pezzato
s= pezzato
Genotipi
SS = non pezzato
Ss = non pezzato
Ss = pezzato
Esempi di razze
Bruna, Reggiana
Frisona, Simmenthal
Analisi dei geni del colore del mantello
Cellule somatiche nel latte
Isolamento DNA
Analisi PCR
Analisi delle mutazioni per mezzo di
sequenziatori automatici o su gel
Schema dei tagli enzimatici
MspA1I
BslI
ANABI
L'Anagrafe bovina e bufalina è costituita dal
censimento di tutti gli allevamenti, stalle di
sosta, centri genetici, centri di raccolta, mercati
e pascoli presenti sul territorio italiano e dai capi
in essi detenuti o che vi sono transitati.
Per ognuna di queste strutture il Servizio
Veterinario competente per territorio assegna un
codice aziendale univoco e attribuisce i codici
identificativi individuali che dovranno essere
riportati sulle marche apposte su entrambi i
padiglioni auricolari dell'animale.
Ogni capo così identificato viene corredato di un
"Passaporto" contenente i principali estremi
anagrafici (data di nascita, sesso, razza, codice
della madre, ecc.) che lo accompagna in ogni
spostamento, dall'allevamento di prima
identificazione sino allo stabilimento di
macellazione.
Sul retro del documento sono riportati tutti i
passaggi tra le aziende che il capo effettua in
vita, garantendo la completa tracciabilità
dell'animale.
L’analisi del DNA rappresenta il sistema più
sicuro per garantire la tracciabilità di filiera,
in quanto il DNA è una caratteristica intrinseca al
prodotto e non può essere contraffatto.
La sensibilità ed affidabilità del metodo
consentono inoltre l’identificazione del prodotto
anche in matrici alimentari complesse,
indipendentemente dal loro grado di lavorazione
o conservazione.
Il servizio di tracciabilità è
articolato in due fasi
successive:
Caratterizzazione della variabilità genetica
dei riproduttori, attraverso la determinazione
del profilo genetico individuale effettuato
utilizzando loci microsatelliti raccomandati dall’
ISAG (International Society of Animal Genetics).
In questo modo viene creata la banca dati
contenente i profili genetici dei riproduttori ed
indicativa del livello di variabilità genetica
dell'allevamento.
Controlli a campione dei prodotti e
confronto dei profili genetici ottenuti con
la banca dati dell'allevamento di origine
dichiarato sull’etichetta del prodotto, per
determinare la compatibilità del campione
analizzato con l’ipotesi di provenienza
dall’allevamento dichiarato.
La tracciabilità è uno strumento
importante per assicurare la sicurezza
alimentare e per valorizzare le produzioni
La tracciabilità convenzionale
(etichettatura) è regolata per legge per
tutti i prodotti alimentari
Tracciabilità geografica e genetica
possono fungere da strumenti di
valorizzazione e/o di verifica delle
informazioni riportate in etichetta
