Così la citogenetica negli allevamenti

citogenetica
Fig. 1 - Piastra metafasica di una cellula in divisione proveniente da una coltura di sangue prelevato da un bovino di sesso maschile con evidenziati i due cromosomi sessuali X e Y.
In zootecnia, questa disciplina permette di identificare alcune cause dell’alterazione della fertilità. E i lavori che hanno valutato il rapporto costo/benefici dello screening citogenetico nei tori e nei verri utilizzati per l’inseminazione artificiale suggeriscono che investire in questi programmi ha un costo molto inferiore rispetto alla perdita economica derivante dall'uso di riproduttori affetti da anomalie cromosomiche

La citogenetica consente di identificare le anomalie cromosomiche responsabili di numerose patologie attraverso l’analisi del corredo cromosomico di un individuo, ossia il cariotipo. In campo zootecnico, le sue ricadute più rilevanti riguardano l’identificazione di alcune cause responsabili dell’alterazione della fertilità (Raudsepp and Chowdhary 2016).
Le indagini citogenetiche si avvalgono dell’impiego sia di metodiche classiche, basate su colorazioni aspecifiche e uniformi di tutti i cromosomi, che avanzate, attraverso trattamenti in grado di identificare i singoli cromosomi. In entrambi i casi, le analisi consentono la visualizzazione in microscopia dei cromosomi contenuti nelle cellule in fase di divisione (Figura 1) da cui è possibile ottenere una loro rappresentazione ordinata, ossia il cariogramma (Figura 2).

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Fig. 2 - Rappresentazione ordinata del corredo cromosomico di un bovino di sesso maschile (60 XY) che mostra le coppie di autosomi (da 1 a 29) e la coppia di cromosomi sessuali X e Y.

Ad oggi, quale sia l’incidenza delle anomalie cromosomiche negli animali domestici non è del tutto chiaro in quanto i soggetti con problemi di varia natura, e a maggior ragione per quelli che coinvolgono la sfera riproduttiva, vengono sistematicamente eliminati senza ulteriori indagini citogenetiche.
Nei mammiferi, ogni specie possiede un numero preciso di coppie di cromosomi omologhi (Tabella 1) di forma caratteristica che sono ereditati da entrambi i genitori attraverso l’ovocita e lo spermatozoo. I cromosomi sono suddivisi in autosomi, comuni ad entrambi i sessi, ed eterosomi identificati con X e Y, responsabili della determinazione sessuale.

Le principali anomalie cromosomiche

Alcune anomalie possono riguardare il numero di cromosomi. Queste sono denominate poliploidie quando il numero di cromosomi è un multiplo rispetto al normale, e aneuploidie (anomalie numeriche più importanti) quando sono presenti uno o più cromosomi in difetto o in eccesso. Le aberrazioni numeriche degli autosomi sono tipicamente letali, o sono comunque associate a gravi malformazioni e infertilità. Altre anomalie, definite strutturali, riguardano la morfologia dei cromosomi e possono essere a loro volta bilanciate o sbilanciate.
I riarrangiamenti bilanciati non cambiano il contenuto di DNA ma potrebbero influenzare l’espressione genica e, a loro volta, causare sbilanciamenti nella prole. Le traslocazioni, o fusioni centriche, che consistono nella fusione di cromosomi non omologhi, hanno conseguenze sulla formazione degli spermatozoi ed ovociti e sono, quindi, causa di ridotta fertilità. Le delezioni e le duplicazioni diminuiscono o aumentano, rispettivamente, la quantità totale di DNA in una cellula con conseguente squilibrio genomico.
Diversamente da quelle che coinvolgono gli autosomi, le anomalie dei cromosomi sessuali sono più frequenti e compatibili con la vita. Infine, per mosaicismo si intende la presenza contemporanea nello stesso individuo di linee cellulari con assetti cromosomici differenti sia normali che patologici.
Sebbene gli animali con anomalie cromosomiche presentino spesso difficoltà riproduttive più o meno marcate, non sempre evidenziano alterazioni fenotipiche, dunque non li possiamo riconoscere semplicemente osservandoli.
Ma attraverso un semplice prelievo di sangue, l’analisi del cariotipo permette di evidenziare possibili problematiche più o meno note. Infatti, se da un lato saranno pochi gli allevatori di bovini ad essersi imbattuti in soggetti con sindrome di Klinefelter, molti di più saranno quelli a cui è noto il concetto di “soggetto traslocato”, ed ancora di più quelli che avranno dovuto gestire le conseguenze del fenomeno del “freemartinismo” associato a eventi gemellari.
Dato che il principale obiettivo della selezione è il miglioramento genetico, la scelta dei riproduttori esenti da patologie è un punto determinate di tale processo. Le anomalie cromosomiche maschili, che sfuggono all’osservazione più attenta, possono diffondersi nella progenie, mentre per le femmine con difficoltà riproduttive non riconducibili a cause anatomiche e fisiologiche, la citogenetica potrebbe offrire utili risposte.
Dal punto di vista dell’impegno economico richiesto, tralasciando i piccoli ruminanti che meritano alcune considerazioni a parte, i lavori che hanno valutato il rapporto costo/benefici dello screening citogenetico nei tori e nei verri utilizzati per l’inseminazione artificiale suggeriscono che investire in simili programmi abbia un costo di molto inferiore rispetto alla perdita economica derivante dall’uso di riproduttori affetti da anomalie cromosomiche (Ducos et al. 2008; Rodriguez et al. 2010).

Nel bovino

L’anomalia più nota in tale specie è la traslocazione Robertsoniana che coinvolge i cromosomi 1 e 29 (Udroiu and Sgura 2017). La sua frequenza varia tra lo zero ed il 20-30%, ma in alcuni casi può sfiorare il 60% (Eldridge 1975; Gustavsson 1979; Ducos et al., 2008) a seconda dell’area geografica, della razza e dall’esistenza o meno di programmi di screening finalizzati al suo contenimento.
Nei portatori eterozigoti della traslocazione, teoricamente, si ha la formazione sia di gameti (ovociti e spermatozoi) normali che aneuploidi (con perdita di informazione genetica o la presenza di cromosomi in più). Di conseguenza, gli embrioni monosomici o trisomici che ne derivano sono destinati ad abortire perché incompatibili con la vita.
Ciò è il motivo per cui tali individui presentano una riduzione della fertilità, stimata intorno 5-10%, unitamente alla possibilità di generare progenie portatrice della stessa anormalità. Questa anomalia è stata riscontrata con diverse frequenze in più di 50 razze, per lo più da carne, e già da molti anni i più importanti centri genetici richiedono opportuna certificazione per i riproduttori dalla quale risulti, tra l’altro, che il cariotipo sia normale.
Sempre in questa specie, il Free-Martin o mosaicismo (XX/XY) è un classico esempio di intersesso che si verifica all’incirca nel 92% delle gravidanze gemellari con feti di sesso opposto che determina un rispettivo scambio sia di ormoni che di cellule del sangue. Alla nascita, le conseguenze per i due vitelli di sesso opposto sono diverse. Se da un lato i maschi non presentano anomalie evidenti e mantengono una normale fertilità, le femmine subiscono un anomalo accrescimento sia dell’ovaio che delle vie genitali e sono generalmente sterili.

Nel bufalo

Le anomalie cromosomiche numeriche riscontrate in tale specie sono in genere a carico dei cromosomi sessuali. In particolare, l’anomalia più frequente è il freemartinismo, mentre più rari sono i casi di monosomia e trisomia del cromosoma X (Di Meo et al., 2008) associati a vari gradi di infertilità. In tale specie, le valutazioni cariologiche si basano sia su tecniche classiche che avanzate.
Tra le tecniche avanzate, molto utile è il “bandeggio” in quanto i cromosomi sessuali, in generale, ma in particolare nel bufalo, a seguito di tale trattamento mostrano un quadro completamente diverso dagli autosomi permettendone il riconoscimento.

Nel suino

Nel suino, la fertilità e la numerosità della cucciolata hanno un grande impatto sull’economia aziendale e, come è noto, le anomalie cromosomiche hanno un grande impatto sul rischio di malformazioni e mortalità embrionale (Quach et al., 2016). Come riportato dagli stessi autori, l’anomalia cromosomica maggiormente rappresentata è la cosiddetta traslocazione reciproca.
La prevalenza di riarrangiamenti strutturali bilanciati in verri prima dell’entrata in riproduzione è stimata intorno allo 0.47% in soggetti con fenotipo normale e fertilità non ancora accertata. Questo dato riferito alla situazione in Francia emerge da uno dei più vasti programmi di screening mai avviati ed attivo già da più di 20 anni, laddove in altre popolazioni meno intensamente testate la frequenza delle anomalie appare più elevata come si evince dai dati pervenuti dalla Polonia (1%), Paesi Bassi (1,5%), Canada (1,6%) e Spagna (3,4%).
Questa percentuale aumenta notevolmente quando si considerano solo gli animali con riduzione già accertata della fertilità, fino a raggiungere anche il 50%. Per tale motivo, su questa specie è importante effettuare opportuni screening citogenetici sulla popolazione esistente, ed in modo particolare sui maschi in riproduzione, per evitare che tali anomalie vengano diffuse a mezzo dell’inseminazione strumentale.

Nel cavallo

In tale specie, diverse problematiche che coinvolgono l’apparato riproduttore sono spesso sostenute da anomalie che coinvolgono i cromosomi sessuali. Tra queste, la monosomia del cromosoma X, l’intersesso ed il chimerismo rappresentano più del 90% delle aberrazioni riscontrate.
Piccoli ruminanti: Benché tali specie non siano esenti da aberrazioni, il monitoraggio delle anomalie cromosomiche non è mai stato così sistematico come nelle altre specie. I pochi dati riportati in letteratura indicano che le maggiori alterazioni nella pecora sono riconducibili alle traslocazioni di tipo Robertsoniano (Udroiu and Sgura 2017) con conseguenze sulla fertilità ancora dibattute.
In ogni caso, a causa del costo relativamente basso dei singoli capi ed il verificarsi di traslocazioni solo in alcune razze, le anomalie cromosomiche non sono considerate un problema grave che interessa la fertilità negli allevamenti. Per quanto riguarda le capre, con ogni probabilità il più noto riarrangiamento autosomico legato alla fertilità è una specifica microdelezione che causa sindrome di intersessualità (Raudsepp and Chowdhary 2016).
Per questa specie, ma più in generale per tutte le specie caratterizzate da cariotipi complessi, si attendono innovazioni nelle tecnologie disponibili al fine di identificare e chiarire quale sia allo stato attuale l’incidenza di eventuali aberrazioni cromosomiche nelle popolazioni. Tale obiettivo, già da tempo perseguito da importanti gruppi di ricerca nazionali ed internazionali, sta già fornendo importanti risposte che vengono tradotte in approcci sempre più innovativi finalizzati all’implementazione di screening sanitari e piani di selezione anche indirizzati a specie autoctone o in via di estinzione, e più in generale per il monitoraggio della salute riproduttiva degli animali allevati (Pauciullo et al., 2014).

Considerazioni conclusive

Nonostante le innumerevoli ricadute, il costo delle analisi citogenetiche può non essere sempre giustificato, come nel già citato caso dei piccoli ruminanti. Diversamente, il costo degli screening citogenetici dei tori e verri destinati all’inseminazione artificiale è ampiamente ripagato dalla eventuale perdita economica derivante dall’immissione negli allevamenti di materiale seminale proveniente da soggetti con anomalie cromosomiche.
Inoltre, se è vero che nel bovino la frequenza di aberrazioni cromosomiche nelle razze a maggiore diffusione è bassa anche grazie agli screening citogenetici implementati di routine, la situazione in altre specie e nelle piccole popolazioni bovine di razze autoctone o in via d’estinzione non è altrettanto nota. Per queste, oltre che ad uno strumento che consenta il completo censimento delle popolazioni minori presenti sul territorio nazionale, sarebbe auspicabile l’affiancamento di specifiche azioni mirate all’accertamento dell’eventuale presenza di problematiche cariologiche a salvaguardia del patrimonio genetico e della biodiversità.
Tutto ciò senza contare che sempre più studi evidenziano una chiara relazione tra ambiente e incidenza di anomalie cromosomiche (Iannuzzi 2007). In questo, gli animali domestici sempre più frequentemente esposti a molecole inquinanti attraverso l’alimentazione e l’ambiente non fanno eccezione.
Resta il fatto che queste valutazioni sono essenziali per individuare i portatori di anomalie ereditarie ma che pur mostrano un fenotipo apparentemente normale. Questo è di fondamentale importanza per i programmi di inseminazione artificiale, e a maggior ragione per i centri di produzione seme, laddove la citogenetica consente di rilevare gli animali soggetti a tali disturbi e che, pertanto, non sono idonei alla riproduzione.

 

Così la citogenetica negli allevamenti - Ultima modifica: 2019-10-23T14:11:16+00:00 da Lucia Berti

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