BIOTECNOLOGIE

e

PRODUZIONI ANIMALIProf. Martino Cassandromartino.cassandro @ unipd.it

http://www.agraria.unipd.it

Università di Padova

Facoltà di Agraria

Agripolis

http://147.162.137.15/cassandro/index.htm

|

|___Attività Didattica 2002-2003

|

|___ LEZIONE_BIOTEC_ANIMALI

Files:

*.PDF

*.ZIP

PROGRAMMA SEMINARIO:

1) Biotecnologie e Produzioni Animali

Prof. Martino Cassandro - martino.cassandro@unipd.it

2) Marcatori Genetici e Produzioni Animali

Dott.ssa Chiara Targhetta - chiara.targhetta@unipd.it

3) Biotecnologie & Biodiversità-Cnservaizone Animale

Dott. Massimo De Marchi -massimo.demarchi@unipd.it

Le BIOTECNOLOGIE in senso stretto sono nate poco più di vent'anni fa ma trovano le loro basi nelle fondamentali scoperte di tre geniali precursori della ricerca biologica moderna.

I grandi precursori della ricerca biotecnologica:ANNO RICERCATORE SCOPERTA BIOTEC. MODERNE

1779 Lazzaro Spallanzani Inseminazione strumentale Biotec. riproduttive

1861-85 Louis Pasteur Batteriologia e vaccinazioni Biotec. microbiche

1865 Gregorio Mendel Leggi basilari della genetica Biotec. genomiche

Due secoli dopo Spallanzani ed un secolo dopo Pasteur eMendel, le biotecnologie cominciano ad evidenziare il loro incredibile potenziale anche nella vita quotidiana.

APPLICAZIONI BIOTECNOLOGICHE NEI VARI SETTORI

DELL'ATTIVITÀ UMANA:SETTORE APPLICAZIONE

AGRICOLTURA Piante transgeniche, biopesticidi

ALIMENTAZIONE ANIMALE Probiotici, ormoni, inoculi per insilati

GENETICA ANIMALE Animali transgenici, marcatori genetici, diagnosi anomalie

RIPRODUZIONE ANIMALE Micromanipolazioni di gameti e zigoti

VETERINARIA Vaccini, interferone, diagnosi precoce delle malattie

AMBIENTE Biorisanamento, trattamento rifiuti e acque

BIOINDUSTRIA Enzimi, oli, etanolo, metano

BIOSTRUMENTAZIONE Biosensori, biosintetizzatori di sostanze

ALIMENTAZIONE UMANA Aminoacidi, aromi, additivi, vitamine

FARMACEUTICA Antibiotici, insulina, altri farmaci, vaccini

MEDICINA Diagnostica, terapia dei tumori

GENETICA UMANA Diagnosi delle anomalie, terapia genica

CHIRURGIA Cute artificiale, organi per xenotrapianti

BIOTECNOLOGIE

Insieme di scienze applicate (biologia,

microbiologia, genetica molecolare) ai processi di produzione di sostanze utili per l’uomo, realizzate con organismi viventi o loro parti.

Non esiste quindi un BIOTECNOLOGO ma un POOL di ESPERTI in BIOTECNOLOGIE

BIOTECNOLOGIE APPLICATE:

Nel settore zootecnico-veterinario:

1) SANITA’ e BENESSERE ANIMALE (diagnostica molecolare delle patologie ereditarie, vaccini)

2) RIPRODUZIONE (FA, ET, sessaggio, IVF, IVM, clonaggio, ecc.)

3) PRODUZIONI ANIMALI (alimentazione e genetica)

1) BIOTEC & SANITA’ - BENESSERE ANIMALE

Diagnostica molecolare di patologie ereditarie

dovute a mutazioni di single gene:

- PSS-MH sindrome da stress suina (gene dell’Alotano)

- BLAD (2%o dei nati Frisoni) > freq. infezioni batteriche

- TSE (encefalopatie spongiformi traszmissibili es.BSE,Scrapie)

- WEAVER (Brown) Mioencefalopatia degenerativa progressiva. FA ha aum. la diffusione.

Soggetti con >>IGTL ma con degenerazioni terminazioninervose periferiche <<coord. treno post.

2) BIOTEC & RIPRODUZIONE

- FA Inseminazione artificiale

- ET o Embryo transfer

- DETERMINAZIONE DEL SESSO (citofluorimetria a flusso in base al maggior contenuto di DNA)

- IVM e IVF: fecondazione e maturazione degli oociti in vitro

- CRIOCONSERVAZIONE pratica biotecn. per preservare nel tempo embrioni., materiale seminale ed oociti.

- TRANSGENESI: Es. nel salmone la resistena al gelograzie alla produzione di proteine antigel. Xenotrapianti trasferimento di geni umani in suini per evitare rigetto di organi trapiantati.

FASI SVILUPPO EMBRIONALE - BOVINO

3) BIOTEC & PRODUZIONI ANIMALI (ALIMENTAZIONE)

Produzione di AA essenziali (lisina, treonina, triptofano) da fermentazione

Produzione di enzimi quali fitasi,cellulasi per migliorare la digeribilità e la disponibilità del fosforo e di fibre nelle diete per mono- e poligastrici.

Piante con maggior contenuto di proteine ruminali indegradate.

L’uso del rbST per aum. produzione di latte

PARTIZIONE DEI NUTRIENTI

EFFETTO dell’rbST sulla CURVA DI LATTAZIONE

3) BIOTEC & PRODUZIONI ANIMALI (GEN.)

Genotipizzazione di polimorfismi proteici (K-caseina)

Esempio Frequenze geniche e genotipiche della k caseina in bovini:

Freq geniche FRISONA BRUNA REGGIANA MODENESE

A 75 56 53 50

B 25 44 47 50

Freq genotipiche

AA 57 33 28 26

AB 37 45 51 50

BB 6 22 21 24

GENETICA è la scienza che studia la

eredità dei caratteri

L’eredità dei caratteri è controllata da GENI

ossia da porzioni di DNA

DNA AcidoDeossiriboNucleico, costituito da due catene complementari dinucleotidi (Base azotata + PO-

4 + Zucchero)

GENOMA l’insieme del materiale genetico (DNA) di un individuo che contiene l’infor-mazione necessaria per la nascita, lo sviluppo e il mantenimento degli organismi viventi

DNA-Doppia elicaDNA-Doppia elica

CROMOSOMI unità strutturali in cui si organizza il materiale genetico durante la divisione cellulare; si presentano a coppie di omologhi e il loro numero varia a seconda della specie

Numero di cromosomi (2n) nelle principali specie di interesse zootecnico e nell’uomo

Tacchino 80Pollo, Cane 78Cavallo 64Asino 62

Bovino 60

Pecora 54Uomo 46Coniglio 44Suino, Gatto 38Drosofila 8

Coppia di cromosomi

Durante la riproduzione i cromosomi vengono trasmessi tramite le cellule germinali al nuovo individuo – gli elementi che compongono ciascuna coppia derivano uno dal padre e l’altro dalla madre

dal padre dalla madre

Coppia di omologhi

GENE sequenza di DNA alla quale si può assegnare una funzione specifica

es. codifica per una proteina

Geni identificati nel genoma umano sono 35.000 – 40.000,

distribuiti lungo le 23 coppie di cromosomi

Nell’uomo, la porzione di genoma costituita dai geniè circa il 2% del DNA totale

Il rimanente 98% è costituito da sequenze non codificanti, molte delle quali (circa metà) sono

caratterizzate da ripetizioni (es. mini e microsatelliti)

LOCUS localizzazione genomica unica all’interno di un cromosoma; permette di definire la posizione di un gene o di una sequenza di DNA

ALLELE una delle varie forme alternative di un gene o di una sequenza di DNA in una specifica localizzazione cromosomica (locus)

Varianti allelicheResponsabili del

POLIMORFISMO del genoma

(VARIABILITÀ GENETICA)

PARTIZIONE DELLE OSSERVAZIONI

Ogni misura o osservazione su un animale è influenzata da una componente ambientale e genetica

L’obiettivo dei genetisti è di determinare la porzione genetica

Assumendo il seguente modello genetico si ha:

Osservazione Fenotipica = Effetto Genetico + Effetto Residuo

F = G + RG può essere suddiviso in 2 componenti:

- Additiva (GA)

- Non Additiva o di interazione (GI )

F = GA + GI + RSapendo che:

GI = rappresenta gli effetti di interazione trascurabili

Quindi il valore fenotipico (F) di un individuo può essere rappresentato dalla somma del:

F = GA + RIl quadrato di questa funzione è pari a :

F 2 = ( GA + R ) 2

Ossia

F 2 = GA 2 + 2* GA*R + R 2

Sostituendo il quadrato con la Varianza (misura statistica quadratica) si ha

VF = VGA + 2*CoV(GAR) + VR

La CoV (GAR) viene assunta trascurabile, pertanto pari a Zero

VF = VGA + VR

EREDITABILITA’

Misura quanta varianza fenotipica totale (VF ) è dovuta alla varianza genetica additiva (VGA )

h2 = VGA / VF

Il campo di variazione è compreso tra 0 ed 1

VF = VGA + VR

EREDITABILITA’

di alcuni caratteri quantitativi di interesse zootecnico

Caratteri Genetica Ambientale

Produttivi:

- Latte, grasso e proteina kg 30 70

- Grasso e proteina, % 40 60

Morfologici :

- Statura 40 60

Funzionali :

- Difficoltà di parto 10 90

- Mungibilità 15 85

Il Progresso Genetico di una popolazione animale sottoposta a selezione per un carattere quantitativo (come ad esempio la produzione di latte) è funzione di 4 fattori:

Accuratezza Intesità di selezione Variabilità genetica

Intervallo generazionale

(( r r ** ii ** σσgg ) ) ∆∆G = G = ------------------------------------------

NN

Andamento medio annuo del valore genetico medio dei tori frisoniitaliani per la produzione della quantità di proteina per lattazione (+2.6 kg/anno)

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92

Andamento medio annuo

VARIABILITÀ GENETICA

(Prot. Kg, -1,1 kg/anno)

0

5

10

15

20

25

30

80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96

Andamento medio annuo

della CONSANGUINEITA’

(+0.1%/anno)

Informazioni utilizzati in ITALIA e da INTERBULL (ITB) per la stima dei

valori genetici dei tori di razza FRISONA

ITALIA ITB

aderiscono 1 25 Paesi

oltre 3.600 60.000 tori

circa 1 mil. 30 mil. di vacche

quasi 12,5 mil. 100 mil. di lattazioni controllate

quasi 102 mil. 1.700 mil. rapporti parentela tra tori

3) BIOTEC & PRODUZIONI ANIMALI (GEN.)

Due recenti ed interessanti BIOTEC applicate allePRODUZIONI ANIMALI sono :

MAS = MARKER ASSISTE SELECTION

MAT = MARKER ASSISTED TRACEABILITY

SELEZIONE GENOTIPI ESTREMI

Schema di MAS

3) BIOTEC & PRODUZIONI ANIMALI (GEN.)

Locus/ETL Effetto Razza

Somatotropina > Prod. Latte Holstein

Miostatina Doppia-Coscia Piemontese, BB

GMPOLL-1,2 Sviluppo corna Holstein

TGLA116 >Prod Latte/Weaver Brown

UWCA20 > tasso di ovulazione Holstein

SY Sindattilismo Holstein

GLNS Atrofia spinale muscolare Holstein

CONCLUSIONI

• 2003: telefonino + fax + videocamera combinati;

• 2006: materiali “intelligenti” (auto, confezioni alimentari);

• 2010: robot di interfaccia con impianti domestici;

Secondo i più accreditati futurologi nei prossimi 30 anni le principale scoperte riguarderanno (in giallo quelle checoinvolgeranno le produzioni animali):

• 2015: identificazione delle basi genetiche di tutte le malattie;

• 2017: discesa dell’uomo su Marte;

• 2022: gestazione in vitro di feti umani;

• 2025: interfaccia computer-cervello;

• 2030: organi biologici per trapianto e ibernazione;

PROGRAMMA SEMINARIO:

1) Biotecnologie e Produzioni Animali

Prof. Martino Cassandro - martino.cassandro@unipd.it

2) Marcatori Genetici e Produzioni Animali

Dott.ssa Chiara Targhetta - chiara.targhetta@unipd.it

3) Biotecnologie & Biodiversità Animale

Dott. Massimo De Marchi -massimo.demarchi@unipd.it