lezione colore
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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
