È quanto si evince da un articolo pubblicato sulla prestigiosa rivista Genetics Selection Evolution dal gruppo di genetica di Agris Sardegna, in collaborazione con l’Istituto Zooprofilattico Sperimentale della Sardegna, dal titolo: “Progressi nella comprensione dell’architettura genetica della risposta anticorpale alla paratubercolosi nelle pecore mediante stima dell’ereditabilità e esplorazione delle regioni genomiche candidate basata su dati di sequenze”.
Introduzione
La paratubercolosi (PTB) è una malattia contagiosa causata dall’infezione da batteri Gram-positivi Mycobacterium avium subsp. paratubercolosis (MAP) che colpisce i ruminanti ed è diffusa in tutto il mondo con importanti effetti negativi sulla salute degli animali e sulla redditività degli allevamenti. Il MAP è inoltre sospettato di essere causa di zoonosi in quanto diversi studi hanno suggerito la sua implicazione nella malattia di Crohn e in alcune malattie autoimmuni come il diabete di tipo 1, l’artrite reumatoide, la tiroidite di Hashimoto e la sclerosi multipla.
Non esistono trattamenti efficaci contro l’infezione da MAP e la vaccinazione, oltre a non garantire il controllo della diffusione del batterio nell’ambiente, può interferire con i test diagnostici per la tubercolosi. Le strategie di controllo basate sull’abbattimento degli animali sieropositivi sono molto costose e hanno un’efficacia limitata, sia a causa del lungo periodo di latenza prima delle manifestazioni cliniche sia perché i test diagnostici più comuni, sebbene caratterizzati da elevata specificità mostrano sensibilità variabile e solitamente limitata. La selezione genetica di animali resistenti, potrebbe contribuire quindi non solo a ridurre i danni diretti provocati dall’infezione, ma anche ad abbassare la pressione del patogeno nell’ambiente. Nei bovini da latte, il ruolo della genetica dell’ospite nella suscettibilità all’infezione da MAP è stato ampiamente studiato. In questa specie sono stati stimati valori di ereditabilità della resistenza da bassi a moderati e sono state identificate numerose regioni del genoma associate a questo carattere . Negli ovini, i pochi studi sul ruolo della genetica sulla resistenza alla PTB, suggeriscono una ereditabilità moderata variabile tra le razze. In questa specie inoltre, gli studi sull’associazione tra polimorfismi genetici e suscettibilità alla PTB sono molto rari e solitamente basati su esperimenti di dimensioni limitate. In questo studio, la resistenza genetica degli ovini alla paratubercolosi è stata valutata sulla base dei dati raccolti nell’arco di oltre un decennio su oltre 3000 pecore dell’allevamento AGRIS di Monastir nel quale la malattia è endemica. Gli obiettivi principali dello studio erano quelli di stimare i parametri genetici, identificare le regioni genomiche associate alla risposta immunitaria dell’ospite verso MAP e cercare geni candidati e mutazioni causali attraverso analisi di associazione e annotazione funzionale di polimorfismi identificati in seguito al sequenziamento dell’intero genoma ovino.
Lo studio
3.088 pecore della popolazione sperimentale, sono state sottoposte ripetutamente al test diagnostico ELISA (enzima-linked immunosorbent assay) per la quantificazione della risposta anticorpale contro il MAP nel sangue. Quando tale risposta supera una determinata soglia il singolo test viene considerato positivo e dunque l’animale infetto. Tutte le pecore della popolazione erano genotipizzate con il BeadChip OvineSNP50 (Chip50K) che consente di determinare il genotipo individuale per circa 50.000 polimorfismi del tipo Single Nucleotide (SNP) sparsi in tutti i 26 autosomi ovini. Inoltre erano disponibili le sequenze dell’intero genoma (Whole genome sequence, WGS) di 56 animali genomicamente rappresentativi della popolazione sperimentale. Grazie ai legami genetici tra gli animali sequenziati e le pecore controllate e alla disponibilità del pool di marcatori comuni (quelli del Chip50K) è stato possibile imputare, cioè inferire, con una buona accuratezza il genotipo di varianti genetiche polimorfe anche nelle pecore il cui DNA non è stato sequenziato. L’ereditabilità è stata stimata con i classici approcci quantitativi normalmente applicati allo studio dei caratteri produttivi, cioè attraverso delle procedure REML applicate a modelli animali nei quali le relazioni di parentela sono state prese in considerazione calcolando la matrice delle relazioni genomiche tra gli animali. Per l’identificazione delle regioni del genoma associate alla resistenza alla malattia è stata prima realizzata un’analisi su tutti gli autosomi basata sui genotipi al Chip50k. La regione più significativa così identificata è stata sottoposte a un’ulteriore analisi di associazione basata sui genotipi inputati a partire dai polimorfismi identificati mediate sequenziamento. Inoltre si è eseguita l’annotazione funzionale di questi ultimi, cioè li si è classificati in base all’effetto che le loro diverse varianti possono avere sul prodotto dei geni nei quali questi polimorfismi sono contenuti. Infine è stata condotta un’analisi delle funzioni dei geni presenti nella regione, per valutare se gli stessi potessero essere implicati nei meccanismi di resistenza.
Risultati
L’analisi della prevalenza della PTB nella popolazione studiata ha confermato il rilevante effetto negativo che l’infezione da MAP può avere sull’economia degli allevamenti ovini. E’ stato infatti osservato che il rischio che le pecore infette morissero o fossero riformate in età precoce era circa il 50% più alto rispetto a quello delle pecore non infette. Questo aumento del rischio raggiungeva il 90% a 4 anni di età. Nel complesso, l’ereditabilità della risposta sierologica al MAP è risultata moderata, pari a 0.20. Questo indica che la selezione basata sulla prova di progenie e su test ELISA su larga scala può essere un’opzione per aumentare la resistenza delle pecore alla PTB. La principale limitazione all’applicazione di un tale programma di selezione è l’alto costo delle analisi e la laboriosità della raccolta dei campioni di sangue necessari. La analisi di identificazione delle regioni del genoma associate alla resistenza/suscettibilità basata sul Chip50k ha permesso di identificare una zona molto significativa sul cromosoma ovino 20 che da sola è responsabile di circa il 20 % del totale della variabilità genetica tra individui. Tale regione, compresa tra 23 e 35 Mb, si sovrappone parzialmente a una regione omologa sul cromosoma bovino 23 dove sono stati identificati diversi polimorfismi significativi . Con l’analisi di associazione basata sui dati di sequenza la regione significativa è stata ridotta a un intervallo di circa 2Mb (tra 23,77 a 25,83 Mb) che includeva 35,506 SNP e 31 geni, con il segnale statisticamente più forte a 25,253,298 bp. Nessuna variante significativa ha mostrato un effetto funzionale sui geni mappati in questa regione in quanto la maggior parte di esse cadeva tra 2 geni o all’interno di zone non codificanti. Anche lo SNP più significativo (rs400535267) cadeva in una regione intergenica e il suo effetto stimato, da solo, non era sufficiente a spiegare tutta la varianza della regione. Un’ulteriore analisi statistica (conditional association analysis), ha portato all’identificazione di un altro SNP (rs605280267) che è localizzato a circa 200 kb di distanza dal primo e che spiega la porzione residua di varianza genetica attribuibile al segmento di genoma indagato. Benchè questi 2 SNP, non avendo significato funzionale, non possano essere considerati le mutazioni direttamente responsabili della resistenza, i risultati suggeriscono che la conoscenza del genotipo a questi loci può essere utilizzata per aumentare l’efficienza dei programmi di selezione genetica.
La classificazione funzionale dei geni presenti nell’intervallo studiato ha mostrato che molti di questi geni sono coinvolti in processi biologici compatibili con l’infezione da MAP. In particolare, 11 geni in questa regione appartengono al Complesso Maggiore di Istocompatibilità (MHC di classe II). Questi geni sono coinvolti sia nel sistema immunitario innato che in quello adattivo. Inoltre l’associazione tra alleli MHC e suscettibilità alla PTB è già stata suggerita nelle pecore e l’espressione differenziale dei geni MHC di classe II è stata osservata in bovini infettati sperimentalmente o affetti da PTB in modo subclinico.
Conclusioni
Questo studio ha prodotto progressi significativi nella comprensione dell’architettura genetica della risposta anticorpale alla paratubercolosi nelle pecore e dunque dei meccanismi di resistenza alla patologia. Le stime di ereditabilità con modelli poligenici hanno confermato che è possibile selezionare gli arieti resistenti sulla base dei test sierologici propri e delle figlie. In quest’ottica occorre ricordare che nel caso di patologie contagiose, il risultato pratico della selezione genetica può essere molto più positivo di quanto ci si attenda sulla base dell’ereditabilità grazie alla progressiva riduzione del numero di soggetti in grado di contagiare altri animali e della pressione del patogeno nell’ambiente. Le analisi di associazione tra polimorfismi genetici e test sierologici hanno portato a identificare una regione sul cromosoma ovino 20 con effetti importanti sulla resistenza alla paratubercolosi. In particolare, grazie al sequenziamento completo della regione, sono stati identificati due polimorfismi che potrebbero migliorare l’efficienza dei programmi di selezione genetica. Infine lo studio ha permesso di identificare un elenco di geni candidati appartenenti al Complesso Maggiore di Istocompatibilità da sottoporre a ulteriori analisi per rilevare mutazioni causative di singoli nucleotidi sulla base degli aggiornamenti dell’annotazione del genoma ovino.
Autore: Sara Casu
La presente sinossi è tratta da: Usai, M.G., Casu, S., Sechi, T. et al. Advances in understanding the genetic architecture of antibody response to paratuberculosis in sheep by heritability estimate and LDLA mapping analyses and investigation of candidate regions using sequence-based data. Genet Sel Evol 56, 5 (2024).
