La pubblicazione, nel 2003, della sequenza completa del genoma umano è stato uno dei maggiori passi avanti nella conoscenza. Il sequenziamento costituisce una tappa fondamentale per la comprensione del ruolo delle varie parti del genoma ed è un trampolino di partenza per decodificare il patrimonio genetico. Il semplice sequenziamento, infatti, non fornisce informazioni direttamente applicabili per conoscere i mecca-nismi alla base dei processi fisiologici e patologici, ma rappresenta un passaggio obbligato grazie al quale è possibile identificare il ruolo delle diverse regioni del DNA. Questo tipo di conoscenze consente ad esempio di identificare le eventuali malattie causate da mutazioni genetiche, con la possibilità di ideare strategie per la cura e la prevenzione.
Grazie alle recenti tecnologie “Next Generation Sequencing” (NGS) (es. Illumina Solexa, Roche 454, AppIied SOLiD), che prevedono il sequenziamento ad alta processività in parallelo del DNA, oggi è possibile sequen-ziare un genoma complesso con costi e tempi notevolmente inferiori rispetto ai metodi canonici. In futuro possiamo immaginare che la sequenza del genoma di un individuo consentirà di stimare il suo fenotipo con elevata accuratezza, permettendo, ad esempio per le specie zootecniche, una selezione più efficiente. In que-sto conteque-sto, il sequenziamento del genoma bufalino non solo consentirà un avanzamento nel settore scien-tifico, ma fornirà al tempo stesso nuove conoscenze e quindi la capacità di effettuare un miglioramento genetico in tempi notevolmente ridotti.
L’utilizzo di queste tecnologie nel settore bovino ha già prodotto risultati significativi per la predizione del fenotipo attraverso la stima del genomic breeding value (gEBV). Data la notevole importanza che il bufalo ri-veste non solo in Italia ma in molti paesi asiatici e del Sud America, nel 2010, è partita un’iniziativa per se-quenziare completamente il genoma del bufalo, promossa dal Parco Tecnologico Padano di Lodi con la supervisione dell’Associazione Nazionale Allevatori della Specie Bufalina (ANASB). Diversi gruppi di ricerca italiani, tra cui il CASPUR, hanno firmato un accordo di Collaborazione Scientifica e creato un coordinamento nazionale diretto dal dottor John Williams, direttore scientifico del Parco Tecnologico Padano, e con il comitato scientifico costituito dai professori Luigi Ramunno (Università di Napoli), Paolo Aimone-Marsan (Università Cattolica, Piacenza), Alessio Valentini (Università della Tuscia) e dalla dottoressa Bianca MoioIi (CRA-PCM). ANASB si occupa della supervisione dell’iniziativa italiana interagendo con il comitato scientifico e scegliendo i campioni da utilizzare per le analisi. L’iniziativa sta per diventare un progetto internazionale che prevede il coinvolgimento di numerosi paesi tra cui: USA, Brasile, Regno Unito, Irlanda, India, Cina, Egitto e Sud-Africa.
La sequenza completa del genoma – prevista per il 2011, fase 1 – sarà ricavata dal DNA di una bufala di tipo river (50 cromosomi): 0limpia da Farfengo (Figura 1). Questa bufala di razza Mediterranea italiana pre-Alla luce delle nuove tecnologie di sequenziamento di
ul-tima generazione e, vista la notevole importanza econo-mica che il bufalo riveste in Italia e nel mondo, è partita, nel 2010, un’iniziativa per sequenziare e caratterizzare il genoma bufalino, promossa dal Parco Tecnologico Padano di Lodi con la supervisione dell’Associazione Nazionale Al-levatori della Specie Bufalina (ANASB).
LA CONOSCENZA COMPLETA DEL GENOMA
DEL BUFALO: CONSEGUENZE SU ALIMENTI E SALUTE
John L. Williams
[email protected] Parco Tecnologico Padano di Lodi
Giovanni Chillemi
Gruppo di Biologia e Medicina Computazionale del CASPUR
senta un elevato coefficiente di inbreeding in modo da ridurre l’eterozigosità del genoma e semplificare la fase di assemblaggio delle sequenze prodotte, fase che verrà eseguita in collaborazione con l’Università del Maryland negli Stati Uniti. Le sequenze, generate presso l’USDA-ARS (United States Dept. of Agricolture – Agri-culture Research Service) negli Stati Uniti ed ultimate in tempi brevi, dovranno essere organizzate come i pezzi di un puzzle per ricostruire la sequenza completa. Una fase che prende il nome di assemblaggio e che richiede notevoli risorse di calcolo e competenze bioinformatiche. Una volta ottenuta la sequenza completa, che sarà utilizzata come riferimento, saranno scelti bufali non imparentati da cui si ricaveranno sequenze a bassa risoluzione per rilevare le variazioni nella composizione della sequenza (Single Nucleotide Polymor-phism, SNP). Gli SNP più informativi saranno usati come marcatori e raggruppati in un unico pannello ad alta densità per la genotipizzazione degli individui.
La disponibilità di SNP specifici per il bufalo porterà a sviluppare nuovi test d’identificazione e parentela, come sta accadendo per il bovino, dove sono stati ottenuti i primi risultati per i comparison test internazionali in diverse specie tra cui il Bufalo. Questi test servono a confrontare individui diversi per l’identificazione e la determinazione delle parentele nei diversi laboratori di tutto il mondo. L’uso degli SNP semplificherà quindi tali procedure, automatizzando le analisi.
A seguito del sequenziamento completo, inizierà la fase di trascrittomica per sequenziare l’RNA proveniente da diversi organi di un bufalo allo scopo di studiare i geni e il loro livello di espressione nei diversi tessuti.
In conclusione, il sequenziamento del genoma del bufalo costituirà un grande passo avanti verso una mag-giore conoscenza di questa specie così straordinaria per le sue capacità di adattamento e per la sua importanza economica nel mondo.
I risultati di questo progetto contribuiranno, in modo rilevante, a fornire nuove conoscenze sia per migliorare la selezione e l’allevamento del bufalo sia per aprire nuove opportunità di mercato all’Italia, protagonista di questa iniziativa.
Fig. 1Olimpia da Farfengo, la bufala di cui si sta ricostruendo l'intero genoma.
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