Cambiamenti climatici e sfida demografica: due temi di enorme rilievo e attualità, caratterizzati da grande complessità e che da tempo sono al centro di molte delle ricerche condotte dagli scienziati del Dipartimento di Scienze animali, della nutrizione e degli alimenti (Diana) dell’Università Cattolica di Piacenza.
Tra questi, due programmi di ricerca hanno vinto il bando per Progetti di rilevante interesse nazionale (Prin) del Ministero dell’Università e Ricerca.
Midas: genetica per migliorare l’adattamento allo stress climatico
A una maggiore resilienza al climate change mira il progetto MIDAS , coordinato dalla dottoressa Licia Colli, che indagherà le interazioni tra genoma mitocondriale e genoma nucleare. Nelle cellule eucariote animali, infatti, il DNA è identificabile in due posizioni: nel nucleo della cellula e in particolari organelli detti mitocondri. Oltre alla posizione, DNA nucleare e mitocondriale differiscono anche per struttura e per numero di copie, ma nonostante questo sono in contatto tra loro. Infatti, le interazioni alleliche mito-nucleari (MNI) sono modulatori evolutivamente significativi dell'espressione di caratteri legati alla salute e alla storia della vita, su diverse scale biologiche - all'interno delle specie e tra le specie. I processi biologici fondamentali si basano infatti sulle interazioni coordinate tra i geni appartenenti ai due distinti genomi. L’appropriatezza di queste interazioni è fondamentale per la vita complessa e protegge di conseguenza l’integrità genomica delle specie. Le funzioni mitocondriali sono centrali per il metabolismo energetico e l'allocazione delle risorse; l'entità degli effetti delle MNI sullo specifico carattere può variare notevolmente da un ambiente all'altro, in particolare per quanto riguarda le temperature estreme. Per esempio, i disadattamenti mito-nucleari causano disfunzioni metaboliche e gravi perdite di efficienza in molti caratteri (ad esempio, fecondità, longevità, resistenza all'esercizio fisico). Pertanto, la comprensione di come le diverse combinazioni di varianti di DNA mitocondriale e nucleare si comportano in condizioni ambientali diverse è un fattore chiave per prevedere la risposta delle comunità animali a fattori di stress come quelli previsti dagli scenari di cambiamento climatico. MIDAS si avvarrà di un approccio multi-specie per indagare come gli aplogruppi mitocondriali altamente divergenti influenzino le MNI nei bovini, per approfondire il ruolo svolto dalle MNI nell'adattamento ad ambienti estremi nelle capre e per capire se la specializzazione atletica può essere guidata dalle MNI nei cavalli. Il dataset e i risultati di MIDAS rappresenteranno un riferimento per future indagini basate sul genoma a livello nazionale e potrebbero rivelarsi strategici per migliorare la sostenibilità e la resilienza dei sistemi produttivi a basso input del nostro Paese, riducendo al contempo l'impatto ambientale dell'agricoltura.
Cowholic: scienze omiche per migliorare l’efficienza produttiva
Sempre nell’ambito dei Prin si colloca COWHOLIC, progetto in cui è coinvolto il professor Erminio Trevisi. Come accennavamo, oltre ai cambiamenti climatici, la crescita demografica lancia un’ulteriore sfida al settore primario. Nei prossimi decenni, il settore zootecnico dovrà produrre una quantità di cibo necessaria a sfamare un numero crescente di persone, garantendo la salute e il benessere degli animali e soddisfacendo le aspettative dei consumatori.
In questa prospettiva, le decisioni di management preventivo sono fondamentali per gestire i problemi di benessere degli animali e a questo scopo sono sempre più richiesti strumenti pronti all'uso e non invasivi per la valutazione di malattie subcliniche a livello aziendale. In questo ambito si colloca COWHOLIC, un progetto multidisciplinare che ha l'obiettivo di sviluppare metodi in grado di sfruttare in modo efficiente i dati longitudinali (che considerano, cioè, più parametri nel tempo) provenienti da diversi livelli omici (fenomica, genomica e metagenomica) per l'individuazione precoce di disturbi metabolici subclinici nelle moderne aziende lattiero-casearie italiane, per una gestione più precisa ed efficace della stalla.
Verranno sfruttati i database generati da precedenti progetti di ricerca (comprendenti 1.400 vacche) per massimizzare la potenza statistica e una validazione indipendente (ed esterna) sarà effettuata in due nuovi allevamenti commerciali. In particolare, nel progetto COWHOLIC circa 200 vacche di razza Holstein saranno arruolate e seguite durante la fase di transizione della lattazione come proiezione longitudinale della resilienza degli animali (tre campionamenti) di resilienza dell'animale (tre tempi di campionamento, 600 registrazioni in totale) con l'obiettivo di identificare marcatori innovativi e robusti per la diagnosi precoce di disturbi metabolici. Tutto ciò potrà avere un risvolto pratico: queste informazioni potrebbero aiutare le associazioni di categoria e le industrie lattiero-casearie a sviluppare strumenti zootecnici di precisione in grado di supportare gli allevatori.