Analysis of melanocortin 1 receptor (MC1R) gene polymorphisms in some cattle breeds: their usefulness and application for breed traceability and authentication of Parmigiano Reggiano cheese

l legame tra un prodotto di origine animale e la razza da cui questo è originato rappresenta un aspetto importante per la valorizzazione di alcune produzioni. Il maggior prezzo che questi prodotti spuntano sul mercato fa emergere l’esigenza di poter autenticare o tracciare i prodotti mono-razza per smascherare e scoraggiare possibili frodi. A questo scopo sono stati proposti sistemi di analisi del DNA, alcuni dei quali utilizzano marcatori in geni che determinano il colore del mantello, che è uno dei principali caratteri che differenziano tra di loro le razze. Diverse mutazioni nel gene melanocortin 1 receptor (MC1R) sono già state associate a particolari effetti sul colore del mantello nella specie bovina. In questa ricerca abbiamo studiato la presenza dei principali alleli al locus MC1R, per valutare la possibilità di utilizzare questo gene per l’autenticazione e la tracciabilità di razza dei prodotti lattiero-caseari. Le mutazioni che permettono di distinguere questi alleli sono state analizzate utilizzando protocolli di PCR-RFLP e PCR-APLP su un totale di 1360 animali appartenenti a 18 razze bovine. Per ognuna delle seguenti razze, Frisona Italiana, Bruna Italiana, Pezzata Rossa Italiana, Jersey, Rendena, Reggiana e Modenese, è stato possibile analizzare più di 70 animali. L’allele Ed è stato identificato nella razza Frisona Italiana con una frequenza dello 0,886. L’allele E (nomenclatura che include tutti gli alleli tranne che e, Ed e E1) è stato identificato con alta frequenza nella Bruna Italiana (0,591), Rendena (0,738), Jersey (0,955) e Modenese (0,961) e con bassa frequenza nella Pezzata Rossa Italiana (0,029). Inoltre, questo allele è stato osservato nella Rossa Svedese, Rossa Danese, Grigio Alpina, Piemontese, Romagnola, Marchigiana e Chianina. In alcune di queste razze (Bruna Italiana, Rendena, Grigio Alpina, Piemontese, Rossa Svedese e Rossa Danese) è stato identificato anche l’allele E1. L’allele e è risultato fissato nella razza Reggiana e quasi fissato nella razza Pezzata Rossa Italiana. Inoltre, con bassa frequenza, è stato identificato in tutte le altre razze analizzate, tranne che nella Marchigiana. Le differenze osservate tra razze esaminate indicano che, almeno in alcuni casi, è possibile utilizzare i polimorfismi del gene MC1R per escludere o confermare l’impiego di latte di una determinata razza nella produzione di un prodotto lattiero-caseario. Il caso più interessante è quello del formaggio Parmigiano Reggiano prodotto con l’uso esclusivo di latte di bovine di razza Reggiana. Infatti, essendo presente in questa razza soltanto l’allele e il rilievo analitico di qualsiasi altro allele nel DNA estratto dal formaggio rivela l’uso di latte proveniente da altre razze. La messa a punto di un metodo PCR-RFLP per l’analisi del DNA estratto da prodotti lattiero caseari, incluso il Parmigiano Reggiano di oltre 24 mesi di stagionatura, rappresenta uno strumento importante per la difesa di questo prodotto mono-razza da eventuali frodi. I risultati ottenuti su 10 forme di formaggio prodotto esclusivamente con latte di bovine di razza Reggiana e su 15 forme di Parmigiano Reggiano commerciale ottenuto senza restrizione della razza di origine del latte hanno mostrato la validità del metodo del quale è stata valutata anche la sensibilitàn cattle, the MC1R gene has been the subject of several studies with the aim to elucidate the biology of coat colour. Then, polymorphisms of this gene have been proposed as tools for breed identification and animal products authentication. As a first step to identify breed specific DNA markers that can be used for the traceability of mono-breed dairy cattle products we investigated, using PCR-RFLP and PCR-APLP protocols, the presence and distribution of some alleles at the MC1R locus in 18 cattle breeds for a total of 1360 animals. For each of seven breeds (Italian Holstein, Italian Brown, Italian Simmental, Rendena, Jersey, Reggiana and Modenese) a large number of animals (>70) was genotyped so the obtained results can be considered with more confidence. Allele Ed was identified only in black pied cattle (Italian Holstein and Black Pied Valdostana). Allele E (this nomenclature includes all alleles except Ed, E1 and e) was observed in Italian Brown, Rendena, Jersey, Modenese, Italian Simmental, Grigio Alpina, Piedmontese, Chianina, Romagnola, Marchigiana, Swedish Red and White and Danish Red. Allele E1 was identified in Italian Brown, Rendena, Grigio Alpina, Piedmontese, Swedish Red and White and Danish Red. The recessive allele e, known to cause red coat colour, was fixed in Reggiana and almost fixed in Italian Simmental. This allele was observed also in Italian Holstein, Italian Brown, Rendena, Jersey and Modenese albeit with low frequency. Moreover, this allele was detected in Valdostana, Pezzata Rossa d’Oropa, Piedmontese, Romagnola, Swedish Red and White, Danish Red, Charoleis and Salers. In the case of the Reggiana breed, which is fixed for allele e, the MC1R locus is highly informative with respect to breeds that carry other alleles or in which allele e is at very low frequency. In theory, using the MC1R locus it is possible to identify the presence of milk from some other breeds in Parmigiano Reggiano cheese labelled as exclusively from the Reggiana breed. This possibility was practically tested by setting up protocols to extract and analyse polymorphisms of the MC1R locus in several dairy products, including Parmigiano Reggiano cheese cured for 30 months. The lower detection limit was estimated to be 5% of non expected DNA. This test can represent a first deterrent against fraud and an important tool for the valorisation and authentication of Parmigiano Reggiano cheese obtained from only Reggiana milk