RICERCA ITALIANA     

Polimorfismo genetico delle caseine nei caprini. Effetti dell'alimentazione su produzione, qualità del latte, ingestione alimentare, risposte metaboliche e ormonali di capre a diversa attitudine genetica alla produzione di caseine.

Università degli Studi di Catania

Abstract

Numerosi studi hanno evidenziato, nei caprini, un elevato polimorfismo ai loci responsabili della sintesi delle caseine. Alla luce di una possibile diversificazione produttiva dell'allevamento di capre da latte, legata alla utilizzazione di tipi genetici a diversa attitudine alla produzione di caseine, la ricerca si pone i seguenti obiettivi:
- studiare le risposte produttive, comportamentali, metaboliche e ormonali legate all'interazione tra genotipo ai loci delle caseine e apporto di nutrienti
- individuare gli apporti ottimali di energia e proteina in funzione delle esigenze associate alle diverse potenzialità genetiche alla produzione di caseina.
Lo studio verrà condotto dalle 3 UR su capre di due diverse razze. Circa 200 campioni di peli prelevati da soggetti delle tre UR (capre girgentane dalle UR Catania e Palermo; capre Rossa di Siria dalla UR Potenza) verranno preliminarmente tipizzati ai diversi loci caseinici dall'UR di Potenza.
Una volta caratterizzate, le capre in ciascuna delle 3 sedi delle UR verranno suddivise in 2 gruppi a diversa attitudine alla produzione di caseina. Le capre verranno alimentate in stalla (UR Catania e UR Potenza) e al pascolo (UR Palermo), fornendo agli animali:
- diversi apporti nutritivi a livelli: uguale (100%), inferiore (70%) o superiore (120%) rispetto alle esigenze nutritive (UR Potenza);
- diete ad libitum a diverso contenuto energetico (UR Catania);
- diete ad libitum a diverso contenuto proteico (UR Catania);
- pascolo a diverso carico animale con o senza supplemento alimentare (UR Palermo).
Le risposte degli animali verranno valutate in termini di comportamento selettivo, livello e ritmo di ingestione, produzione di latte, caratteristiche chimiche e proprietà casearie del latte e parametri di tipo metabolico-ormonale. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Marcella Avondo Università degli Studi di CATANIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Numerosi studi sul latte di capra hanno messo in evidenza un elevato polimorfismo nei geni che codificano per l'alfa-s1 caseina, per l'alfa-s2 caseina, per la beta-caseina e per la k-caseina, con rilevanti conseguenze sulla qualità del latte. Tale polimorfismo lascia ipotizzare delle potenzialità commerciali diversificate del latte caprino. Le nuove tendenze di mercato collocano in ottima posizione i formaggi caprini anche a causa alla vasta tipologia di prodotti che si ottengono dalla trasformazione di questo latte. Un'altra possibilità commerciale potrebbe essere rappresentata dalla produzione di latte per il consumo diretto, selezionando soggetti portatori della variante A all'alfa-s1 caseina, in quanto è stato dimostrato che il latte di tali individui risulta presentare un più blando sapore "ircino", non sempre apprezzato dai consumatori. Inoltre, il potenziale utilizzo del latte di capra per consumo diretto in alternativa al latte vaccino, per persone allergiche alle proteine del latte, apre ulteriori prospettive commerciali. In particolare è stato evidenziato che la selezione mirata di soggetti geneticamente predisposti a produrre bassi livelli di alfa-s1 e alfa-s2 caseina potrebbe rispondere all’obiettivo di indirizzare la produzione di latte ipoallergenico.
Poichè la sintesi delle caseine è legata alla quantità di aminoacidi indispensabili che raggiungono le cellule secernenti della ghiandola mammaria, essa risulta influenzata dall'apporto di proteine alimentari che sfuggono alla degradazione ruminale e, soprattutto, dalla sintesi di proteina microbica nel rumine. L'efficienza dei processi coinvolti nella sintesi di proteina microbica risulta a sua volta fortemente influenzata dalla adeguata disponibilità di energia e proteina.
Alla luce di una possibile diversificazione produttiva dell'allevamento di capre da latte, legata alla utilizzazione di tipi genetici a diversa attitudine alla produzione di caseine, la ricerca si pone i seguenti obiettivi:
- studiare le risposte produttive, comportamentali, metaboliche e ormonali legate all'interazione tra genotipo ai loci delle caseine e apporto di nutrienti
- individuare gli apporti ottimali di energia e proteina in funzione delle esigenze associate alle diverse potenzialità genetiche alla produzione di caseina <<<

Risultati parziali attesi

I risultati attesi a seguito della realizzazione della ricerca sono:

a) la caratterizzazione dell'assetto metabolico e ormonale e del comportamento alimentare di capre a diverso genotipo ai loci della caseina, in funzione del diverso apporto di nutrienti;

b) L'individuazione degli apporti ottimali di nutrienti per capre a diverso assetto genetico ai loci della caseina in diversi sistemi alimentari:
- alimentazione in stalla ad libitum (UR Catania);
- alimentazione in stalla razionata (UR Potenza);
- alimentazione al pascolo (UR Palermo)

La ricerca è volta a mettere in relazione un fattore intrinseco, l'attitudine genetica alla produzione di latte a diverso livello e composizione di caseina nei caprini e il principale fattore estrinseco responsabile dell'espressione di tale carattere, l'alimentazione. Gran parte degli aspetti fisiologici coinvolti nella utilizzazione di nutrienti, finalizzata alla produzione del latte, saranno presi per la prima volta in considerazione in relazione alle varianti alleliche ai loci delle diverse frazioni caseiniche. L'utilizzazione metabolica dei nutrienti, l'assetto ormonale e il comportamento alimentare rappresentano gli aspetti meno noti relativamente al polimorfismo proteico dei caprini e, nello stesso tempo, le tematiche su cui la letteratura specializzata sollecita molto spesso un approfondimento che porterebbe certamente a comprendere meglio i meccanismi coinvolti nella determinazione delle risposte produttive delle capre, frutto dell'espressione dei geni responsabili. L'approccio aplotipico in tale studio, ancora più innovativo, metterà inoltre in evidenza come le interazioni tra varianti caseiniche possano influenzare la qualità del latte.

Il principale prodotto della ricerca utilizzabile a fini applicativi sarà rappresentato dalle nuove indicazioni sulle esigenze nutritive di capre in lattazione differenziate in relazione all'assetto genetico ai loci delle caseine. Tali indicazioni potranno rappresentare un primo database per la messa a punto di standard di razionamento per categorie produttive diversificate per tipologia di prodotto commerciale (latte per caseificazione, latte per consumo diretto, latte speciale ipoallergenico). <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

I principali fattori che influenzano il livello proteico del latte nei ruminanti sono le caratteristiche genetiche degli individui e le caratteristiche della dieta.
Nei ruminanti i geni responsabili per la sintesi delle caseine sono localizzati in un frammento di DNA di 250kb circa nel seguente ordine: alfas1-caseina (CSN1S1), beta-caseina (CSN2), alfas2-caseina (CSN1S2) e k-caseina (CSN3) (Ferretti et al., 1990; Threadgill and Womack, 1990).
Per la specie caprina, la pressante richiesta di salvaguardare la biodiversità e la tipicità di prodotti lattiero- caseari affiancata al valore aggiunto derivante dalle proprietà ipoallergeniche e nutrizionali del latte, ha promosso numerosi studi sulle caratteristiche di questi geni (Cosenza G., et al. 2003, Ramunno L., et al. 2004, Ramunno L., et al. 2005). La ricerca ha messo in evidenza un livello elevato di polimorfismo quali-quantitativo nei geni CSN1S1, CSN2 e CSN1S2 con notevoli conseguenze sul livello di caseina nel latte. La frazioni proteiche per la quale sono state individuate più varianti genetiche è l’alfa-s1 caseina con ben 17 varianti alleliche definiti come alleli codominanti, A, B1, B2, B3, B4, C, D, E, F, G, O1, O2, H, I, L, M, N. Tali alleli sono stati associati a differenti tassi di sintesi di tale caseina. Per questo, proprio sulla base del contenuto in alfa-s1 caseina del latte, le varianti genetiche sono state classificate in quattro gruppi: forti (A, B1, B2, B3, B4, C, H, L, M) che determinano la produzione di circa 3,5 g/l di alfa-s1 caseina ciascuno; intermedi (E e I) che determinano la produzione di circa 1,1 g/l alfa-s1 caseina ciascuno; deboli (D, F e G) associati ad una produzione di circa 0,45 g/l di alfa-s1 caseina; nulli (01, 02 e N) che non determinano produzione di alfa-s1 caseina (Grosclaude et al., 1987; Mahé et al., 1993)
Relativamente alle frazioni caseiniche alfa-s2, beta e k, sono note le varianti alleliche cui risulta associato un diverso livello di caseina: per la frazione alfa-s2, le varianti A, B, C, E, F sono associate a livelli normali, mentre le varianti D e 0 sono associati a livelli bassi o nulli di sintesi di caseina (Ramunno et al., 2001a,b); per la frazione beta, le varianti A, B, C ed E risultano associate a valori normali di beta-caseina; inoltre sono stati individuati 2 alleli nulli (Ramunno et al., 1995; Persuy et al., 1999); per la frazione k recentemente è stato dimostrato che le varianti del gruppo BIEF della k-caseina risultano associate a livelli più elevati di proteina e caseina, in confronto alle varianti del gruppo AIEF (Chiatti et al., 2005).
Le varianti genetiche associate a un diverso livello di proteina del latte influenzano in misura più o meno marcata il livello di altri componenti del latte e le sue proprietà casearie (Amigo et al., 2000) e allergeniche. Gli studi più approfonditi sulle caratteristiche qualitative del latte sono stati effettuati sulle varianti al locus dell’alfa s1 caseina. E’ stato più volte dimostrato che alleli forti al suddetto locus manifestano maggiori percentuali di caseina, grasso, calcio e fosforo, minore diametro delle micelle caseiniche e pH più basso, aspetti che nell’insieme influenzano positivamente la consistenza e la velocità di formazione del coagulo (Mahé et al., 1993; Grosclaude e Martin, 1997). E’ stato inoltre evidenziato che il latte di individui omozigoti per gli alleli forti al locus dell'alfa-s1 caseina (AA) producono un latte caratterizzato da un sapore e un odore ircino meno intenso rispetto a individui omozigoti per le varianti deboli (FF)(Remeuf, 1993).
Recentemente è emerso che il polimorfismo al locus dell’ alfa-s1 caseina ha un‘importante influenza sulla composizione acidica del grasso del latte e in particolare sugli acidi grassi a media catena e quelli derivanti dall’attività enzimatica della delta-9 desaturasi. E’ stato messo in luce che i genotipi a confronto (basso ed alto per la concentrazione di proteina e grasso) hanno mostrato differenze significative per gli acidi grassi saturi da C8 a C12 e per gli acidi palmitico, stearico, linoleico, oleico e rumenico (CLA); inoltre la maggior parte dei rapporti tra acidi grassi indicatori dell’attività della delta-9 desaturasi risultano influenzati dalla variante genetica (Chilliard et al., 2006). E' stato riscontrato che anche il polimorfismo al locus della beta caseina risulta associato, oltre che al livello di caseina sintetizzato, anche alla resa in formaggio e alle proprietà di coagulazione del latte: il latte di individui omozigoti per l'allele nullo CSN2 01 manifesta una resa minore, tempi di coagulazione molto più elevati e consistenza del coagulo inferiore rispetto al latte di individui portatori delle varianti "normali" (Chianese et al., 1993; Ramunno et al 1995).
E' importante sottolineare che i geni responsabili per la sintesi delle caseine sono organizzati in cluster. Ciò comporta una stretta interazione tra frazioni caseiniche. Pertanto la stima delle correlazioni tra varianti alleliche delle diverse frazioni e aspetti qualitativi del latte potrebbe notevolente migliorare se si considera l'assetto dell'intero aplotico caseinico, piuttosto che quello del singolo locus (Sacchi et al., 2005).

Oltre agli aspetti genetici, il fattore maggiormente implicato nella sintesi di proteine del latte è rappresentato dalla alimentazione. Nelle cellule secretrici della ghiandola mammaria la sintesi di caseina è legata alla disponibilità di aminoacidi provenienti principalmente dall'assorbimento intestinale. Peraltro la disponibilità di tali aminoacidi è strettamente legata alla quota di proteine alimentari che sfuggono alla degradazione ruminale e alla quantità di proteina microbica sintetizzata nel rumine. Quest'ultima risulta elevata quando vengono garantiti all'animale apporti di proteina e carboidrati adeguati in termini quantitativi e qualitativi. Schmidely et al.(2002) hanno riscontrato che capre con genotipo AA al locus dell'alfa-s1 caseina hanno mostrato una maggiore efficienza di utilizzazione dell’azoto, rispetto a capre FF. Ollier et al. (2007) hanno condotto uno studio allo scopo di individuare, in capre in lattazione, i geni la cui espressione sia legata alle caratteristiche della dieta. Essi hanno riscontrato che il livello di espressione dei geni responsabili della sintesi di alfa-s1, alfa-s2 e beta-caseina risultava più basso a seguito della sospensione dell'apporto alimentare per 48 ore, in confronto ad una alimentazione ad libitum. Mackle et al. (1999), studiando l'interazione fra nutrizione e fenotipo proteico di bovine al pascolo sulla composizione del latte, hanno riscontrato che la restrizione alimentare esercitava effetti diversi in funzione del fenotipo per la beta-lattoglobulina. Gli stessi autori concludono sollecitando ulteriori ricerche per definire con maggiore precisione tale tipo di interazione. Infatti i risultati di tali autori lasciano ipotizzare che il vantaggio dell'impiego di bovine con varianti forti per la beta-lattoglobulina potrebbe risultare compromesso o quantomeno ridotto da un non adeguato apporto di nutrienti. Al contrario, Auldist et al. (2000) sottoponendo bovine a diverso fenotipo per la beta-lattoglobulina a una leggera riduzione della disponibilità di pascolo, non hanno ottenuto simili interazioni tra nutrizione e fenotipo. E' possibile che, in quelle condizioni, gli animali abbiano reagito alla ridotta disponibilità di pascolo mettendo in atto meccanismi comportamentali compensatori, come una più intensa attività selettiva o un aumento del ritmo di ingestione (Penning, 1986) che potrebbe aver annullato l'effetto della restrizione alimentare. Riguardo al comportamento alimentare di animali a diversa attitudine genetica a produrre caseina, Avondo et al. (2007) hanno studiato l'attività selettiva di capre portatrici di varianti forti (AA) e deboli (FF) per l'alfa-s1 caseina in una prova di alimentazione free-choice. Pur riscontrando in entrambi i gruppi, ingestioni uguali e ben superiori alle loro esigenze, hanno tuttavia evidenziato, nei soggetti con varianti forti, la tendenza a selezionare proteina meno degradabile; quest'ultima potrebbe aver contribuito al miglioramento dell'efficienza di utilizzazione proteica nel rumine, come dimostrano i minori livelli di urea rilevati nel latte dei soggetti con alleli forti.

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