PSRN Biodiversità Progetto BIG: Sviluppo di nuovi Indici Genetici per la Bufala Mediterranea Italiana (BMI)

Nel corso del primo anno di attività del progetto BIG (Bufala mediterranea Italiana – tecnologie innovative pe il miglioramento Genetico), ANASB insieme alla partnership di progetto ha raggiunto per ogni azione gli obiettivi stabiliti. L’azione 4 è sicuramente una delle più importanti in quanto prevede lo sviluppo di nuovi indici genetici e genomici al fine di fornire agli allevatori strumenti di selezione moderni, accurati ed efficienti per il miglioramento di caratteri innovativi e relativi al benessere, alla sostenibilità ambientale, all’efficienza alimentare, riproduttiva e produttiva.

Ai classici metodi di analisi (BLUP) per la stima del valore genetico dei riproduttori sono stati affiancati modelli che permettono di incorporare le informazioni genomiche (Single-Step GBLUP). Nel primo anno di attività nell’azione 4 sono stati pubblicati nuovi indici genetici inerenti sia i caratteri riproduttivi (età al primo parto – EPP, intervallo tra il primo e secondo parto – IP1, intervalli di parto successivi al primo fino al dodicesimo – IP2_12 e indice Days Open – DO), che quelli funzionali (cellule somatiche – SCS e longevità – LONG). A completamento dell’azione 4 si aggiunge anche l’azione 9, che tra i diversi obiettivi prevede l’elaborazione degli indici aggregati ed in questo primo anno ne sono stati sviluppati 2: indice salute mammella – ISM e indice aggregato riproduzione – IAR).

Indice genetico per il carattere età al primo parto (EPP)

Indice genetico intervallo tra il primo e secondo parto (IP1)

Indice genetico intervalli tra i parti successivi (IP2_12)

Indice genetico Days Open (DO)

Il progresso genetico dei caratteri riproduttivi è più lento rispetto a quello dei caratteri produttivi. Ciò è dovuto al fatto che alla loro complessità si aggiunge l’influenza di vari fattori (fisiologici, nutrizionali o genetici). A questo si aggiunge una forte componente gestionale, legata alle scelte fatte dall’allevatore anche in funzione della destagionalizzazione. D’altro canto, la selezione di animali più precoci si traduce in una riduzione dell’età al primo parto, consentendo maggiori profitti ed un più rapido recupero del capitale investito grazie alla riduzione dei costi di mantenimento. Questo approccio selettivo, da un punto di vista genetico, può anche comportare un intervallo più breve tra le generazioni ed un tasso più rapido di progresso genetico per unità di tempo. Prima del calcolo dell’indice sono state stimate le componenti di varianza (VCE) e l’ereditabilità (Tabella 1), utilizzando 37.023 bufale ed un pedigree di 22.455 animali, mentre per la stima degli indici genetici (EBV) sono state utilizzate 719.797 osservazioni corrispondenti a 236.087 bufale ed un pedigree di 650.277 animali. L’età al primo parto è compresa tra i 24 ed i 48 mesi di età.

Studi effettuati nella specie bovina hanno dimostrato che selezionare i soggetti per un’idonea età al primo parto influenza significativamente gli indici produttivi e la longevità all’interno della mandria (Castillo-Badilla et al., 2013, Salazar-Carranza et al., 2013). Da un lato vi sono evidenze che avere il primo parto in età avanzata influenza negativamente la longevità per il rischio di riforma precoce dell’animale in allevamento, di contro l’età al primo parto anticipata è stata correlata alla presenza di parti distocici, molto probabilmente a causa dello scarso sviluppo corporeo dei soggetti giovani (Ettema and Santos, 2004). Pertanto l’effetto dell’età al primo parto continua ad essere obiettivo di studio sui parametri riproduttivi, analogamente il servizio per concepimento o l’intervallo nascita-concepimento.

Rispetto agli intervalli tra i parti, diversi studi condotti nelle specie bovina hanno evidenziato come il carattere intervallo tra i parti può essere considerato geneticamente diverso a seconda dell’ordine di parto. Per questo motivo sono stati calcolati due indici, da un lato un indice corrispondente al primo intervallo di parto della bufala denominato IP1 (distanza in giorni tra il primo ed il secondo parto) ed il secondo indice corrispondente agli intervalli di parto successivi al primo, denominato IP2_12, considerando un massimo di 12 parti.

La Figura 1 mostra un istogramma di frequenze e Q-Q plot per la verifica della normalità della EPP nella BMI. Questa figura mostra che l’EPP presenta una distribuzione normale, ad esempio nel grafico Q-Q se tutti i punti si trovano lungo la linea nera la distribuzione è perfettamente abbinata, tuttavia si osserva una leggera deviazione negli estremi determinata da un numero relativamente basso di dati distribuiti nei quantili più alti e più bassi.

Figura 1. Istogramma di frequenze e Q-Q plot per verificare la normalità della EPP nella BMI

Nella Figura 2, il test di normalità per il carattere IP non riporta un andamento perfetto: è evidente che la coda della distribuzione presenti un allungamento (a destra) per valori superiori alla media, indicando quindi un’asimmetria positiva.

Figura 2. Istogramma di frequenze per verificare la normalità del IP nella BMI.

Un ulteriore carattere da tenere in considerazione per la sfera riproduttiva è quello dei Days Open (DO), ovvero il periodo tra il parto e il successivo concepimento. Il DO è uno dei parametri maggiormente utilizzati per determinare la performance riproduttiva e prendere una decisione economica negli allevamenti da latte. Ridurre al minimo i DO è economicamente vantaggioso perché aumenta la produzione di latte, si riducono i costi di management, aumentano il numero di vitelli nati e si allunga la vita produttiva.  La stima delle componenti di varianza per i DO è stata effettuata con un BLUP animal model utilizzando un modello bi-carattere, invece per il calcolo degli indici genetici è stato applicato un modello multi-carattere (che tiene quindi conto delle correlazioni genetiche tra i caratteri considerati) ed effetti ambientali specifici che influiscono sui caratteri di fertilità. Per il calcolo delle VCE dei DO sono stati utilizzate 30.862 osservazioni corrispondenti a 8.989 bufale ed un pedigree di 24.688 animali (Tabella 2). Per la stima degli indici genetici (EBV) sono state utilizzate 788.675 osservazioni corrispondenti a 262.294 bufale ed un pedigree di 683.766 animali.

Analogamente anche per il DO è stato eseguito il test di normalità (Figura 3) e come per l’indice IP, questo carattere non mostra una distribuzione normale.

Figura 3. Istogramma di frequenze per verificar la normalità del DO nella BMI.

Indice aggregato riproduzione (IAR)

Un indice di selezione (noto anche come Indice Aggregato) combina diverse fonti di informazioni che possono essere utilizzate per selezionare più caratteri contemporaneamente, tenendo conto della correlazione genetica ed ambientale tra gli stessi. L’aggregazione delle diverse fonti di informazioni avviene attraverso la loro importanza relativa ed in base alla relazione con l’obiettivo riproduttivo (Negrini et al., 2021). Nella Bufala Mediterranea Italiana, come in altre specie da produzione lattea, i criteri di selezione più comuni sono quelli relativi alla produzione (Aspilcueta-Borquis et al., 2010). Tuttavia, l’efficienza riproduttiva è considerata un fattore importante che influenza la produzione di latte, poiché è associata al parto. Per la creazione dall’indice aggregato riproduzione IAR sono stati utilizzati i singoli indici genetici stimati nell’azione 4. L’indice IAR è stato sviluppato utilizzando gli indici genetici EPP, IP1, IP2_12 e DO, dove lo stesso peso (25%) è stato assegnato a tutti i caratteri in modo che migliorino insieme e in un tempo più breve, massimizzando la risposta alla selezione.

Caratteri funzionali: longevità (LONG) e cellule somatiche (SCS)

Nell’ambito delle attività proposte nel progetto BIG, rientrano lo sviluppo e la messa a punto di nuovi indici di selezione collegati alle riduzioni delle emissioni nell’ambiente, all’efficienza riproduttiva e al benessere animale. Tra i caratteri funzionali utili a questo scopo rientrano la longevità funzionale e le cellule somatiche.

La longevità funzionale è un carattere economicamente significativo nel settore bufalino che dipende dalle scelte di eliminazione volontaria ed involontaria dei singoli allevatori. Per migliorare la longevità è molto importante una valutazione genetica affidabile, possibile grazie all’utilizzo di una funzione di analisi della sopravvivenza attraverso il software Survival Kit.

Un altro aspetto importante in un allevamento è il monitoraggio delle cellule somatiche in ogni soggetto in lattazione; infatti le infezioni della ghiandola mammaria sono un grave problema che danneggia la salute delle bufale e che si traduce in notevoli perdite economiche per l’allevamento bufalino.

La selezione di animali più longevi e più resistenti a determinate infezioni come quella della ghiandola mammaria migliora l’economia aziendale grazie soprattutto alla riduzione dei costi di mantenimento dell’allevamento. Prima del calcolo degli indici sono state stimate le componenti di varianza. Per il calcolo delle componenti di varianza (VCE) e degli indici genetico (EBV) della longevità sono state utilizzate 178.605 bufale ed un pedigree maschile (ovvero solo i padri dei soggetti coinvolti) di 2.107 soggetti (Tabella 3).

Per la stima di VCE ed EBV delle cellule somatiche sono stati utilizzati dati provenienti da 1.302.332 test giornalieri, corrispondenti a 96.589 bufale e ad un pedigree di 147.843 animali (Tabella 4).

Indice aggregato benessere mammella nella BMI (ISM)

Nella BMI i criteri di selezione sono quelli relativi alla produzione, tuttavia, il benessere della mammella è un fattore importante che influenza la produzione di latte. Quindi bisogna continuare ad aumentare la produzione e resa del latte e allo stesso tempo migliorare il benessere della mammella, in modo da ottenere un effetto positivo sulla longevità della bufala in allevamento. Un indicatore fenotipico comunemente usato per verificare la salute della mammella è la conta delle cellule somatiche, ma tra i fattori che possono mitigare o aumentare l’incidenza delle infezioni intramammarie c’è anche la morfologia della mammella. Vista la moltitudine dei fattori da tenere in considerazione per il benessere della mammella, è stato creato un nuovo indice di selezione aggregato: Indice Salute Mammella (ISM).

Prima del calcolo dall’indice aggregato sono state stimate le componenti di varianza tra i criteri di selezione (i caratteri della mammella) e l’obiettivo di selezione (cellule somatiche e produzione). Per il calcolo sono state utilizzate 15.275 bufale ed un pedigree di 43.395 animali. La correlazione genetica tra i criteri di selezione e l’obiettivo di selezione utilizzati per stimare la risposta alla selezione sono riportati nella Tabella 5.

Considerazioni finali

Tutti gli indici prodotti sono stati espressi in una scala tale da presentare i valori maggiori associati alla caratteristica favorevole pertanto, un EBV più alto seleziona tori con figlie geneticamente predisposte ad esempio a una maggiore precocità.  L’indice è stato aggiustato per la base genetica (bufale nate nell’anno 2015) ed al fine di rendere gli indici genetici più facilmente interpretabili si è provveduto alla loro standardizzazione ed espressione con media 100 e deviazione standard pari a 5. Tutti gli indici BIG sono pubblicati per i tori FA autorizzati (con un minimo di 10 figlie utilizzate per il calcolo) e sono disponibili sul sito ufficiale del progetto (disponibile qui).

Gli indici sperimentali BIG sono in continuo aggiornamento e hanno l’obiettivo di fornire all’allevatore strumenti simultanei per velocizzare il progresso genetico. A causa della complessità dei caratteri riproduttivi, l’approccio multi-carattere risulta il più adatto per valutare la fertilità delle bufale. Combinando poi i risultati della valutazione genetica in un indice aggregato, dove lo stesso peso è stato assegnato a tutti i caratteri di modo che migliorino insieme e in un tempo più breve, si può massimizzare la risposta alla selezione. In ultimo occorre pesare tutti i fattori e trovare un equilibrio tra benessere animale e produttività dell’allevamento, tenendo conto dei rischi che possono sorgere in caso di animali troppo precoci o troppo tardivi al parto.

BIG non si ferma, sono previsti ancora 6 indici relativi la funzionalità (persistenza della lattazione, locomozione, muscolosità, mungibilità, facilità al parto e BCS), 3 indici relativi ai caratteri innovativi (efficienza alimentare, caseificazione ed emissione di metano) e 3 indici relativi alla suscettibilità/resistenza a tre zoonosi (tubercolosi, brucellosi e para-tubercolosi).

Di seguito i link per una pronta consultazione:

Indice età al primo parto EPP, step 1 e step 2

Indice Intervallo al primo parto IP1, step 1 e step 2

Indice intervallo tra i parti successivi al primo IP_2-12, step 1 e step 2

Indice Days Open DO, step 2

Indice aggregato IAR, step 1 e step 2

Indice aggregato ISM, step 2

Indice LONGEVITÀ, step 2

Indice SCS, step 2

Referenze 

  • Aspilcueta-Borquis, R. R., F. R. Araujo Neto, F. Baldi, A. B. Bignardi, L. G. Albuquerque, and H. Tonhati. Genetic parameters for buffalo milk yield and milk quality traits using Bayesian inference. J. Dairy Sci. 93(5):2195-2201.
  • Castillo-Badilla, G., M. Salazar-Carranza, J. Murillo-Herrera, F. Hueckmann-Voss, and J. J. Romero-Zúñiga. 2013. Efecto de la edad al primer parto sobre la producción láctea en vacas Jersey de lechería especializada de Costa Rica. Agronomía Mesoamericana (Costa Rica) 24:177-187.
  • Ettema, J. F. and J. E. Santos. 2004. Impact of age at calving on lactation, reproduction, health, and income in first-parity Holsteins on commercial farms. Dairy Sci. 87(8):2730-2742.
  • Negrini, R., S. Biffani, M. Fioretti, R. Cimmino, and M. Gómez. Developing a new selection index for the Italian Mediterranean Buffalo (Bubalus bubalis).
  • Salazar-Carranza, M., G. Castillo-Badilla, J. Murillo-Herrera, F. Hueckmann-Voss, and J. J. Romero-Zúñiga. 2013. Edad al primer parto en vacas Holstein de lechería especializada en Costa Rica. Agronomía Mesoamericana 24(2):233-243.

A cura di Mayra Gómez Carpio1, Roberta Cimmino1, Roberto Mauriello1, Dario Rossi1, Gianluca Neglia3, Stefano Biffani2

1 Associazione Nazionale Specie Bufalina, Caserta

2 Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria – Consiglio Nazionale delle Ricerche, Milano

3 Dipartimento di Medicina Veterinaria e Produzioni Animali – Federico II, Napoli