Che il cambiamento climatico sia una sfida all’assetto della nostra società nella sua interezza è ormai accertato. Sicurezza alimentare, produzione energetica, approvvigionamento idrico, biodiversità, uguaglianza sociale: sono solo alcuni dei settori su cui il cambiamento climatico sta già provocando effetti preoccupanti, e tutti sono correlati, più o meno direttamente, con la produzione primaria.

Le previsioni più recenti, per altro in parte già in atto, tracciano infatti uno scenario che mette a rischio la stabilità della filiera agro-alimentare: incremento delle temperature globali, cambiamento della distribuzione e intensità delle precipitazioni, aumento delle radiazioni solari e allo stesso tempo maggiore frequenza di periodi di freddo intenso (Masson-Delmotte et al. 2018). Tutti cambiamenti di significativo impatto su un settore necessariamente legato al clima e ai processi metereologici. Si pensi al benessere animale messo a rischio da temperature elevate, con ricadute ovvie a livello produttivo e riproduttivo (Gaughan and Cawdell-Smith 2017), o alle coltivazioni vegetali, minacciate da siccità o alluvioni (Shukla et al. 2019), o infine ai parassiti e ai patogeni la cui gravità di attacco è spesso legata a condizioni di temperatura e umidità (Baylis and Risley 2013).

La buona notizia è che animali e vegetali hanno a disposizione una risorsa straordinaria: la capacità di adattamento. Infatti, le specie allevate, seguendo le migrazioni dell’uomo, si sono espanse dai centri di domesticazione verso le diverse aree del pianeta, adattandosi di fatto a una grande varietà di ambienti e di regimi alimentari – talvolta anche estremi: dai climi rigidi nord-europei alle zone aride africane, dalle tundre, alle steppe, alle foreste (Vigne 2011).

La capacità di adattamento è anche l’espressione dell’informazione genomica di ogni individuo. I genomi delle razze animali e delle varietà vegetali possono quindi fornire la soluzione adattativa più appropriata per le più disparate condizioni ambientali. Si tratta “solo” di studiarli.

A questo riguardo, una recente pubblicazione raccoglie e armonizza i principali progressi scientifici nella comprensione del contributo genetico all’adattamento ambientale dei ruminanti. 

L’analisi è stata condotta da un team multidisciplinare guidato dal Dipartimento di Scienze degli Animali, della Nutrizione e degli Alimenti dell’Università Cattolica del Sacro Cuore (sede di Piacenza), in collaborazione con l’Università della Tuscia, l’Ecole Polytechnique di Losanna e la Fondazione Centro Euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici. 

Lo studio sottolinea come il sequenziamento dei genomi abbia permesso l’applicazione di varie metodologie analitiche per risalire precisamente ai geni responsabili di un determinato carattere. Da tempo l’interesse principale è stato catalizzato verso i caratteri di tipo produttivo in razze cosmopolite. La sfida di oggi è studiare l’adattamento, carattere complesso su cui si stanno concentrando gli sforzi collettivi; in questo campo potrebbero essere proprio lo studio del genoma delle razze locali, ben adattate ad ambienti molto diversi, a fornire un buon modello sperimentale.

Un esempio paradigmatico è quello della mutazione SLICK, responsabile di un mantello composto da peli molto corti e di un’aumentata produzione sudoripara; caratteristiche che rendono questi animali ben adattati alle condizioni climatiche tropicali (Olson et al. 2003; Dikmen et al. 2008). Questa mutazione è stata scoperta in razze bovine dei caraibi (Carora e Senepol), di interesse economico solo locale. La variante è stata recentemente introdotta in bovini di alcune razze tra cui la Holstein, aumentandone la tolleranza ai valori di THI (temperature and humidity index) ambientali, a cui è normalmente sensibile (Dikmen et al. 2014). È raro che una singola mutazione abbia un’influenza così elevata su un carattere adattativo, ma possono esserci altre varianti interessanti in razze che producono in climi estremi o che tollerano stress e malattie, che aspettano solo di essere scoperte.

Diversi gruppi di ricerca in ogni continente sono impegnati su questo fronte, ottenendo risultati significativi con diverse metodologie. Uno studio di associazione genome-wide (genome-wide association studies) ha per esempio indicato un effetto della temperatura sul peso alla nascita in bovini di razza Simmental, individuando anche i principali geni coinvolti (Braz et al. 2021).

Un altro metodo largamente impiegato in questo campo è l’individuazione di “impronte della selezione” (selection signatures), che permettono di individuare quali siano le varianti geniche sotto pressione selettiva. In particolare, l’aumento della frequenza di una variante genica in una popolazione nel corso delle generazioni, è indice di legame con un carattere in qualche modo migliorativo della fitness (la capacità di sopravvivenza e di benessere) dell’individuo. Questo tipo di studio è stato applicato per individuare per esempio la pressione selettiva sull’adattamento alimentare in pecore, individuando geni coinvolti nel metabolismo energetico (Lv et al. 2014).

Ancora, la genomica ambientale (landscape genomics) studia l’interazione tra genoma e ambiente, combinando ecologia e genetica di popolazione. Applicandola, per esempio per meglio comprendere l’adattamento genetico di capre sud-africane, è stato possibile individuare alcuni geni e relative vie metaboliche maggiormente coinvolti nell’adattamento all’ambiente (Mdladla and Dzomba 2018).

La prossima frontiera sarà l’applicazione di tecniche di intelligenza artificiale nello studio delle relazioni tra genoma e adattamento animale; queste tecniche permettono di individuare relazioni complesse in dataset anche numericamente consistenti e sono già note applicazioni nel campo dell’adattamento umano. (Sugden et al. 2018). Una loro implementazione nel breeding animale costituirebbe un apporto di indiscussa validità.

Per concludere, decisamente il cambiamento climatico sfida il nostro sistema agro-alimentare ma abbiamo diverse strategie per fronteggiarlo, alcune manageriali: alimentazione, tecnologie di mitigazione dello stress; altre sono già innate nelle razze e varietà allevate: le varianti genetiche ed epigenetiche. Si tratta quindi di tutelare le risorse genetiche promuovendone la conservazione, per poterle studiare e trasferire la loro capacità adattativa alle razze più produttive che fanno fronte alle sempre maggiori richieste di cibo da parte della popolazione umana in crescita. È importante  continuare a sviluppare la collaborazione tra ricerca, industria, associazioni e allevatori, nella direzione di aumentare la resilienza degli animali in produzione, ed in modo indiretto la loro efficienza e il loro benessere. 

Lavoro originale:

Passamonti MM, Somenzi E, Barbato M, Chillemi G, Colli L, Joost S, Milanesi M, Negrini R, Santini M, Vajana E, Williams JL, Ajmone-Marsan P. The Quest for Genes Involved in Adaptation to Climate Change in Ruminant Livestock. Animals. 2021; 11(10):2833. https://doi.org/10.3390/ani11102833

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Bibliografia:

Baylis, M., and C. Risley. 2013. “Infectious Diseases, Climate Change Effects On.” In Infectious Diseases, edited by P. Kanki and D. Grimes, 117–46. New York: Springer.

Braz, Camila U, Troy N Rowan, Robert D Schnabel, and Jared E Decker. 2021. “Genome‑wide Association Analyses Identify Genotype‑by‑environment Interactions of Growth Traits in Simmental Cattle.” Scientific Reports 11 (0123456789): 1–15. https://doi.org/10.1038/s41598-021-92455-x.

Dikmen, S., F.A. Khan, H.J. Huson, T.S. Sonstegard, J.I. Moss, G.E. Dahl, and P.J. Hansen. 2014. “The SLICK Hair Locus Derived from Senepol Cattle Confers Thermotolerance to Intensively Managed Lactating Holstein Cows.” Journal of Dairy Science 97 (9): 5508–20. https://doi.org/10.3168/jds.2014-8087.

Dikmen, S, E Alava, E Pontes, J M Fear, B Y Dikmen, T A Olson, and P J Hansen. 2008. “Differences in Thermoregulatory Ability Between Slick-Haired and Wild-Type Lactating Holstein Cows in Response to Acute Heat Stress.” Journal of Dairy Science 91 (9): 3395–3402. https://doi.org/10.3168/jds.2008-1072.

Gaughan, J. B., and A.J. Cawdell-Smith. 2017. “Impact of Climate Change on Livestock Production and Reproduction.” In Climate Change Impacts on Livestock: Adaptation and Mitigation, edited by V. Sejian, J. Gaughan, L. Baumgard, and C. Prasad, Springer, 51–60. New Delhi.

Lv, Feng-hua, Saif Agha, Juha Kantanen, Licia Colli, Sylvie Stucki, James W Kijas, Meng-hua Li, and Paolo Ajmone Marsan. 2014. “Adaptations to Climate-Mediated Selective Pressures in Sheep” 31 (12): 3324–43. https://doi.org/10.1093/molbev/msu264.

Masson-Delmotte, V., P. Zhai, H.O. Pörtner, D. Roberts, J. Skea, P.R. Shukla, A. Pirani, et al. 2018. “IPCC, 2018: Global Warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the Impacts of Global Warming of 1.5°C above Pre-Industrial Levels and Related Global Greenhouse Gas Emission Pathways, in the Context of Strengthening the Global Response to the Threat of Cli.”

Mdladla, K, and E F Dzomba. 2018. “Landscape Genomics and Pathway Analysis to Understand Genetic Adaptation of South African Indigenous Goat Populations.” Heredity 120: 369–78. https://doi.org/10.1038/s41437-017-0044-z.

Olson, T A, C Lucena, C C Chase, and A C Hammond. 2003. “Evidence of a Major Gene Influencing Hair Length and Heat Tolerance in Bos Taurus Cattle.” Journal of Animal Science 81 (1): 80–90. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12597376.

Shukla, P.R., J. Skea, E. Calvo Buendia, V. Masson-Delmotte, H.-O. Pörtner, D. C. Roberts, P. Zhai, et al. 2019. “IPCC, 2019: Climate Change and Land: An IPCC Special Report on Climate Change, Desertification, Land Degradation, Sustainable Land Management, Food Security, and Greenhouse Gas Fluxes in Terrestrial Ecosystems.”

Sugden, L.A., E.G. Atkinson, A.P. Fischer, S. Rong, B.M. Henn, and S. Ramachandran. 2018. “Localization of Adaptive Variants in Human Genomes Using Averaged One-Dependence Estimation.” Nat Commun 9: 1–14. https://doi.org/https://doi.org/10.1038/s41467-018-03100-7.

Vigne, Jean-denis. 2011. “The Origins of Animal Domestication and Husbandry : A Major Change in the History of Humanity and the Biosphere.” Comptes Rendus – Biologies 334 (3): 171–81. https://doi.org/10.1016/j.crvi.2010.12.009 

 

Autori

Giuseppe Conte, Fabio Correddu, Antonio Gallo, Alberto Stanislao Atzori, Sara Pegolo, Manuel Scerra, Antonio Natalello – Gruppo Editoriale ASPA