Assessing european and east mediterranean goat biodiversity with the aid of AFLP molecular markers

Nell’attuale Unione Europea estesa a 25 Paesi (EU-25) sono presenti circa 12 milioni di capre, 90 milioni di bovini, 100 milioni di pecore e 154 milioni di suini. Le capre europee rappresentano circa il 2 % della consistenza caprina mondiale mentre le pecore circa il 10%. L’ Associazione Europea delle Produzioni Animali (EAAP) raccoglie in un database le informazioni sulle razze allevate a livello mondiale e definisce 4 classi di rischio di estinzione utilizzando parametri demografici quali l’Effective Population Size (Ne) e l’aumento di consanguineità per generazione (ΔF). Secondo questa classifica oltre il 35% delle razze caprine è da considerarsi a rischio di estinzione. La dimensione del problema appare evidente considerando che, in base alle stime pubblicate nella terza edizione del World Watch List for Domestic Animal Diversità, ogni settimana, nel mondo, si estinguono due razze domestiche. L’erosione genetica delle specie allevate è causata essenzialmente dal processo di sostituzione delle popolazioni locali con razze “cosmopolite” ad elevata capacità produttiva, e alla elevata pressione selettiva operata dall’uomo. La conservazione della variabilità genetica è fondamentale per l’adattamento delle specie a condizioni climatiche e ambientali in continuo mutamento e, quindi, per la loro sopravvivenza. Nei sistemi produttivi di tipo zootecnico, essa permette inoltre di cambiare gli obiettivi di selezione, in funzione delle variazioni economiche e di mercato. A fronte delle limitate risorse disponibili è necessario operare scelte appropriate per definire le priorità di conservazione e mettere a punto strategie di intervento adeguate. A questo scopo lo studio delle popolazioni e razze domestiche dal punto di vista genetico assume un ruolo chiave. Per studiare e caratterizzare la diversità genetica giocano un ruolo sempre più importante i marcatori molecolari, che dai primi anni ‘90 si sono diffusi fino a sostituire quasi completamente le misurazioni basate sul fenotipo o le tecniche di indagine basate sulla biochimica delle proteine. Attualmente la classe di marcatori più sfruttata è quella dei microsatelliti, marcatori multiallelici e molto polimorfici. Accanto ad essa, si sono recentemente utilizzate altri tipologie di marcatori, tra le quali gli AFLP (Amplified Fragment Lenght Polymorphism), in grado di analizzare, come i microsatelliti, le parti non codificanti del genoma. Gli AFLP sono marcatori adatti per lo studio di popolazioni di cui non si hanno informazioni di sequenza. Benché meno informativi dei microsatelliti perché biallelici, gli AFLP danno la possibilità, in un unico esperimento, di individuare un numero elevato di polimorfismi analizzando molti loci contemporaneamente. Per sviluppare appropriate strategie per la conservazione della biodiversità non sono tuttavia sufficienti le sole informazioni di tipo genetico ma è necessario integrare informazioni provenienti da altre competenze che prendano in considerazione aspetti socio-economici, ambientali, ecologici etc. In questa direzione il progetto europeo ECONOGENE (Sustainable conservation of animal genetic resources in marginal rural areas: integrating molecular genetics, socio-economics and geostatistical approaches) integra diverse discipline : la genetica, la socio-economia e i Sistemi GIS ( Geographic Information Systems) con lo scopo di contribuire allo sviluppo dell’agricoltura europea sostenibile, attraverso la conservazione delle risorse genetiche dei piccoli ruminanti (capre e pecore) nelle aree rurali marginali. Il progetto è orientato prevalentemente allo studio delle popolazioni dell’Europa e dei Paesi del bacino del Mediterraneo che da tempo rappresentano la culla di razze locali ben adattate ma ad elevato rischio di estinzione sia causa dell’invasione delle razze non native sia dell’abbandono da parte degli allevatori delle zone rurali. In particolare, per quanto riguarda la specie caprina, il progetto ha campionato oltre 47 popolazioni provenienti da 15 Paesi, tra cui 13 europei (Svizzera, Germania, Austria, Polonia, Romania, Ungheria, Portogallo, Spagna, Francia, Italia, Albania, Grecia, Turchia) e 2 del Vicino Oriente (Giordania, Arabia Saudita). Nella presente tesi sono esposti i risultati ottenuti dall’analisi delle popolazioni caprine campionate mediante marcatori molecolari neutri AFLP. In dettaglio 1304 animali sono stati tipizzati con 3 combinazioni di primer AFLP che hanno permesso di ottenere 101 marcatori polimorfici (36.2% sul totale delle bande amplificate) nell’intervallo 50-550 paia di basi. I polimorfismi identificati sono stati letti in modo dominante, producendo una matrice binaria di oltre 130000 datapoint che è stata utilizzata per la stima della variabilità genetica entro popolazione (numero e % di loci polimorfici, eterozigosi attesa media, Similarità di Jaccard, frequenza del genotipo recessivo, etc.) e per lo studio delle relazioni filogenetiche tra le popolazioni campionate (distanze di Reynolds, Analisi Fattoriale delle Corrispondenze, dendrogrammi Neighbor Joining). I valori di Gst indicano che la quasi totalità (84%) della variabilità genetica del campione analizzato è mantenuta entro razza e solo il 16% si distribuisce tra le razze. L’analisi delle componenti principali basata sulla matrice delle distanze genetiche calcolate utilizzando la distanza di Reynolds ha permesso di raggruppare le razze in base alla loro origine geografica, distinguendo un cluster che comprende le razze del Vicino Oriente, un cluster delle razze del sud Europa e un cluster che riunisce le razze del centro Europa. Le razze Tauernschecken (Austria) e Orobica (Italia) sono risultate possedere una originalità genetica particolare, non rientrando in nessuno dei cluster individuati. L’utilizzo di sistemi geoinformatici GIS (Geographic Information System) ha permesso inoltre di evidenziare un gradiente geografico di diversità genetica in direzione sud-est/nord-ovest in accordo con le attuali teorie sulle rotte di espansione dell’agricoltura a partire dal centro di domesticazione situato nella Mezzaluna Fertile. I risultati prodotti da questa ricerca hanno permesso di ottenere un numero elevato di informazioni sulla variabilità genetica di popolazioni di capre europee che, integrati con le informazioni provenienti da altri marcatori molecolari (microsatelliti, SNPs, sul cromosoma Y e sul mitocondriali) e a quelle derivate dalle analisi socio economiche e geografiche delle aree di campionamento, permetteranno di sviluppare idonee strategie di conservazione del patrimonio genetico caprino.Goats are the most adaptable and widely spread ungulate livestock species in the world and they are an important source of milk, meat, skin and fibre. Moreover they have played a central role in the Neolithic agricultural revolution and in the spread of human civilization. The knowledge of goats evolutionary history and of the partition of the genetic variability within and among breeds in this species is fundamental for planning strategies for conservation. Molecular techniques have provided useful markers for the study of genetic variation in this species, such as microsatellite loci, mitochondrial DNA polymorphism and amplified fragment polymorphism (AFLP). AFLP markers, a technique based on restriction and amplification of genomic DNA, were used to investigate the genetic variation in a sample of domestic goat (Capra hircus) derived from Europe and Near East (Jordan and Saudi Arabia). A total of 1304 individuals and 47 breeds are collected and analysed using three different AFLP primer combinations, necessary to obtain 101 markers. On the basis of allele frequencies estimated by a Bayesian approach are calculated both the expected heterozygosity and the Reynolds distances between populations. The expected heterozygosity was not significantly different except for the breeds Valais Black Neck (Switzerland) and Angora (Turkey) against Dukati (Albania) and Carpathian (Romania) (p