POS-Cattle

Finanziato dall'Unione Europea - NextGenerationEU a valere sul Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) – Missione 4 Istruzione e ricerca – Componente 2 Dalla ricerca all’impresa - Investimento 1.1, Avviso Prin 2022 indetto con DD N. 104 del 2/2/2022, dal titolo "Integration of novel phenotyping and omics-approaches for the sustainable management and breeding of autochtho-nous cattle genetic resources-POS-Cattle", codice proposta 2022FFR89X - CUP J53D23009990006.

La Reggiana e la Modenese sono due razze bovine autoctone a duplice attitudine (latte e carne), ma la quasi totalità del latte prodotto da queste razze è destinata alla trasformazione in Parmigiano Reggiano DOP di sola razza.

L'obiettivo principale del progetto è integrare dati fenotipici, alcuni dei quali mai studiati in precedenza nelle razze bovine autoctone italiane, con dati ottenuti tramite tecnologie omiche, al fine di collegare le caratteristiche fenotipiche alla variabilità genetica. Le conoscenze generate potranno supportare le decisioni relative alla gestione e ai programmi di miglioramento genetico delle razze Reggiana e Modenese.

In particolare, circa 500 capi di razza Reggiana e 100-150 capi di razza Modenese saranno sottoposti alla caratterizzazione di nuovi fenotipi relativi alla qualità del latte, all'attitudine alla caseificazione e ad altri indicatori indiretti, quali parametri di resilienza (stato sanitario, longevità e fertilità), oltre alla raccolta di dati omici, comprendenti profili metabolomici e genomici.

I nuovi dati saranno sottoposti ad analisi statistiche per stimare, tra l'altro, l'ereditabilità dei caratteri e le correlazioni tra i fenotipi analizzati. Verranno inoltre realizzati studi di associazione genome-wide (Genome Wide Association Study, GWAS) per individuare le associazioni tra polimorfismi a singolo nucleotide (Single Nucleotide Polymorphisms, SNP) e caratteri produttivi, qualitativi ed economicamente rilevanti, indicatori di resilienza e profili metabolomici. Le regioni genomiche contenenti SNP significativi saranno approfondite per identificare geni candidati e possibili mutazioni causative.

Il progetto è articolato in quattro Work Package (WP), che garantiranno il corretto svolgimento delle attività previste:

• WP1 – Coordinamento, gestione del progetto, valorizzazione dei risultati, comunicazione e disseminazione;
• WP2 – Caratterizzazione dei parametri del latte, dell'attitudine alla caseificazione e degli indicatori correlati;
• WP3 – Produzione dei dati omici (metabolomica, foodomica e genomica);
• WP4 – Integrazione dei dati e sviluppo delle applicazioni.

Il progetto è proposto da due gruppi di ricerca con consolidata esperienza: l'Università di Parma, specializzata nella produzione lattiera, qualità del latte e attitudine alla caseificazione, e l'Università di Bologna, con competenze nella metabolomica e nella genomica animale. L'iniziativa coniuga innovazione scientifica e applicazioni concrete.

I risultati attesi potranno avere importanti ricadute in diversi ambiti, tra cui il miglioramento dell'efficienza del processo di caseificazione (resa e recupero dei nutrienti nel formaggio), l'aumento della resilienza delle popolazioni bovine autoctone (ad esempio attraverso una riduzione dell'incidenza delle malattie) e l'acquisizione di nuove conoscenze di base e applicate utili alla conservazione e valorizzazione di queste risorse genetiche.

Il progetto POS-Cattle ha come scopo:

1. Definire approcci e metodologie per studiare nelle razze Reggiana e Modenese fenotipi esterni che non sono mai stati precedentemente testati in razze locali, indicati come nuovi fenotipi (es. procedure di caseificazione di campioni indivi-duali di latte per determinare l'efficienza di caseificazione) e altri fenotipi esterni della qualità del latte e del formaggio;

2. Identificare e sviluppare nuovi fenotipi molecolari interni (profili metabolomici del plasma e del latte) per ottenere una caratterizzazione dei metabolomi che potrebbero essere utilizzati come predittori e proxy per i caratteri correlati all'efficienza produttiva e alla resilienza;

3. Indagare le correlazioni tra i profili metabolomici e i fenotipi analizzati;

4. Identificare i loci dei tratti quantitativi (QTL) e/o i geni (mutazioni causative) coinvolti nei tratti produttivi, di resilienza e nei fenotipi interni studiati;

5. Diffondere e comunicare i risultati alla comunità scientifica e a operatori del settore bovino.

Risultati attesi

I risultati attesi del progetto sono i seguenti:

1) Le analisi di campioni di latte e di formaggio permetteranno di studiare l'efficienza della caseificazione casearia;

2) I dati sui metaboliti forniranno indicatori di base utilizzabili a scopo diagnostico dello stato di salute;

4) I marcatori saranno utili per migliorare l'efficienza della produzione di formaggio e i tratti correlati alla resilienza. Si prevede di individuare regioni genomiche che permetteranno di migliorare l'efficienza della selezione in termini di pro-duttività, resistenza e salute;

5) La disseminazione dei risultati produrrà un miglioramento delle conoscenze.

Risultati conseguiti

Nel corso del progetto, gli animali delle razze Reggiana e Modenese sono stati sottoposti a un'approfondita caratterizzazione fenotipica per valutare sia i tradizionali parametri produttivi sia nuovi caratteri legati alla qualità del latte, all'attitudine alla caseificazione e ad altri indicatori funzionali.

Sono stati analizzati i principali componenti del latte (grasso, proteine, caseina, lattosio e urea) ed è stato calcolato l'indice di caseina. Per valutare l'idoneità del latte alla trasformazione casearia sono stati misurati i principali parametri di coagulazione presamica, tra cui il tempo di coagulazione, il tempo necessario per raggiungere una determinata consistenza del coagulo e la consistenza della cagliata. Attraverso prove di caseificazione di laboratorio sono stati inoltre stimati la resa in formaggio e il recupero dei principali componenti del latte nella cagliata.

Sono stati inoltre rilevati nuovi caratteri fenotipici, tra cui la dimensione dei globuli di grasso del latte, il contenuto di macro e microelementi minerali e diversi indicatori dello stato sanitario della mammella, quali il conteggio delle cellule somatiche (SCC) e il conteggio differenziale delle cellule somatiche (DSCC), utile per valutare le diverse popolazioni cellulari coinvolte nella risposta immunitaria.

Per tutti gli animali sono stati raccolti anche i dati ufficiali dei controlli funzionali, comprendenti caratteristiche produttive, riproduttive e sanitarie (produzione di latte, intervallo parto-concepimento, intervallo tra i parti, numero di lattazioni e altri indicatori funzionali), oltre alle informazioni genealogiche.

Parallelamente sono stati ottenuti i profili metabolomici del plasma mediante un approccio di metabolomica untargeted basato su cromatografia liquida accoppiata a spettrometria di massa (LC-MS/MS). L'analisi ha consentito di quantificare oltre 900 metaboliti, appartenenti a sette principali classi biologiche e coinvolti in oltre trenta vie metaboliche. È stato così costruito un ampio database metabolomico destinato alle successive analisi integrate.

Per la componente genomica sono stati recuperati i genotipi SNP di circa 1.500 animali, precedentemente analizzati mediante chip ad alta densità GeneSeek® GGP Bovine 150K, successivamente sottoposti ai necessari controlli di qualità.

I caratteri relativi al latte e alla caseificazione sono stati sottoposti ad analisi descrittive e statistiche, comprendenti analisi di correlazione, confronti tra gruppi e modelli lineari misti per la stima dell'ereditabilità genetica e genomica. Le stime ottenute hanno evidenziato valori di ereditabilità moderati per diversi nuovi caratteri fenotipici, confermandone il potenziale impiego nei programmi di miglioramento genetico. Sono inoltre emerse significative correlazioni tra la composizione del latte e i parametri di attitudine alla caseificazione.

I dati metabolomici sono stati sottoposti a rigorosi controlli di qualità e alla ricostruzione dei valori mancanti mediante tecniche statistiche avanzate. Successivamente sono stati valutati gli effetti dei principali fattori ambientali e gestionali, quali allevamento, mese di campionamento, ordine di parto e giorni di lattazione, al fine di eliminare le fonti di variabilità non biologica.

L'integrazione tra dati metabolomici e fenotipici è stata realizzata mediante analisi di correlazione, modelli di regressione, analisi delle componenti principali (PCA) e modelli a equazioni strutturali (SEM), consentendo di descrivere le relazioni dirette e indirette tra metabolismo, produzione, salute animale e caratteristiche tecnologiche del latte.

L'integrazione con i dati genomici è stata effettuata mediante studi di associazione genome-wide (GWAS), che hanno permesso di individuare numerose regioni genomiche associate ai caratteri produttivi, qualitativi e tecnologici analizzati. Per ciascuna regione significativa sono stati identificati potenziali geni candidati e loci quantitativi (QTL) responsabili della variabilità osservata.

Analogamente, gli studi di associazione tra marcatori genetici e profili metabolomici (mGWAS) hanno consentito di identificare 20 regioni genomiche associate a specifici metaboliti, in particolare appartenenti alla classe dei lipidi. Le regioni genomiche individuate attraverso GWAS e mGWAS sono state successivamente approfondite mediante dati di risequenziamento dell'intero genoma, permettendo l'identificazione di possibili varianti genetiche responsabili dei caratteri osservati.

Nel complesso, il progetto ha dimostrato come l'integrazione di dati fenotipici, metabolomici e genomici rappresenti un approccio innovativo ed efficace per comprendere i rapporti tra genotipo e fenotipo nelle razze bovine autoctone. I risultati ottenuti costituiscono una solida base scientifica per sviluppare strategie di precision breeding, contribuendo alla valorizzazione, conservazione e miglioramento genetico delle razze Reggiana e Modenese e alla produzione di latte sempre più idoneo alla trasformazione in Parmigiano Reggiano DOP.

Dettagli del progetto

• Programma di finanziamento: PRIN 2022
• D.D. del MUR : 104 del 02/02/2022

• Codice progetto MUR: 2022FFR89X

• CUP: J53D23009990006

• Contributo al DISTAL: € 126.500 €
• Durata: 12/10/2023 - 28/02/2026
• Coordinatore: DISTAL
• Responsabile Scientifico: Stefania Dall’Olio
• Ambiti di ricerca: Zootecnia