BIODIVERSITY AND ENVIRONMENTAL ADAPTATION IN SMALL RUMINANTS: MAPPING TEMPORAL AND SPATIAL GENOMIC CHANGES IN ITALIAN SHEEP AND GOATS
La biodiversità zootecnica rappresenta una risorsa fondamentale per la sicurezza alimentare, la conservazione del patrimonio culturale e la resilienza del settore agroalimentare di fronte ai cambiamenti in atto su scala globale. Tuttavia, questa biodiversità è in crescente pericolo a causa di fenomeni di erosione genetica, pratiche di gestione insostenibili e cambiamenti climatici. I piccoli ruminanti assumono, in molte aree del mondo, un ruolo chiave sia dal punto di vista ecologico che socioeconomico, rendendo la loro salvaguardia un tema di estremo interesse. Pertanto, la presente tesi si prefigge di affrontare tali sfide integrando studi di carattere ecologico, demografico e genomico al fine di studiare la diversità, l’adattamento e la potenziale vulnerabilità delle specie ovina e caprina, con particolare attenzione al contesto italiano. La prima parte della tesi (Capitolo 2.1) tratta della domesticazione e della storia evolutiva delle capre, ripercorrendo il percorso di questa specie dagli esordi della sua domesticazione fino alle più moderne pratiche di allevamento, mediante l’analisi di studi archeologici, storici e genomici presenti in letteratura. Questa panoramica fornisce una base concettuale fondamentale per comprendere come gli eventi intercorsi durante l’intera storia evolutiva della specie abbiano contribuito a plasmarne l’attuale diversità genetica, influenzando lo sviluppo delle popolazioni, la selezione antropica e l’adattamento alla moltitudine di ambienti in cui questi animali vengono allevati. Seguono i Capitoli 3.1 e 3.2, in cui si fornisce una descrizione dettagliata della distribuzione geografica, del contesto ambientale e delle potenziali vulnerabilità che caratterizzano le razze ovine e caprine italiane, in linea con quanto annoverato tra le priorità strategiche della FAO per la preservazione delle risorse genetiche animali. In particolare, questa rappresenta la prima realizzazione di mappe dettagliate della geolocalizzazione su suolo nazionale di oltre 3.700 allevamenti, il che consente una caratterizzazione precisa degli areali di allevamento di tutte le razze ovicaprine italiane e della loro esposizione a diversi fattori climatici e ambientali. Il Capitolo 3.1, in particolare, integra queste informazioni con dati climatici relativi ai mesi estivi degli ultimi settant’anni, evidenziando un chiaro aumento delle temperature medie, dell’indice temperatura–umidità e delle ondate di calore negli ultimi decenni. Inoltre, viene riscontrato un più marcato cambiamento soprattutto nelle aree settentrionali del nostro Paese, mentre le razze meridionali, sebbene allevate in ambienti complessivamente più ardui, hanno sperimentato condizioni relativamente più stabili, diventando pertanto ottimi modelli per lo studio della resilienza ambientale. Il Capitolo 3.2 amplia questo approccio valutando l’esposizione delle razze ovine e caprine italiane a vari rischi naturali, integrando anche proiezioni climatiche future e la caratterizzazione del territorio dove le diverse popolazioni insistono. I risultati mostrano una notevole esposizione al rischio sismico, in particolare tra le popolazioni meridionali, e all’avvicendarsi di condizioni climatiche sempre più calde e secche, di particolare rilevanza per le razze alpine, storicamente adattate a climi più freddi. La caratterizzazione paesaggistica delle diverse popolazioni sottolinea come l’adattamento delle razze locali al proprio ambiente di allevamento debba tenere in considerazione non solo i fattori climatici, ma anche il più ampio contesto ecologico e socio-ambientale. Combinando tutti questi aspetti è quindi possibile, da un lato, identificare a quali differenti fattori sono diversamente esposte le regioni geografiche e le razze ovicaprine italiane, e dall’altro comprendere meglio come gli animali interagiscano con l’ambiente in cui vivono—e viceversa—, informazioni fondamentali per lo sviluppo di strategie efficaci di conservazione e gestione delle popolazioni zootecniche. Un altro aspetto cruciale per salvaguardare le razze locali è la caratterizzazione e il riconoscimento della loro originalità e del loro potenziale adattativo sulla base dell’integrazione di informazioni storiche, fenotipiche e genomiche. In questo contesto vengono riportati due studi (Capitoli 4.1 e 4.2) relativi alla capra Comune di Sicilia (o Mascaruna), una popolazione da tempo nota agli allevatori e documentata in fonti storiche, ma mai ufficialmente riconosciuta come razza. Il Capitolo 4.1 combina analisi morfologiche e genomiche atte a caratterizzare questa popolazione, evidenziandone l’unicità e identificando regioni genomiche associate a suoi tratti fenotipici peculiari. Il Capitolo 4.2 colloca la Comune di Sicilia in un contesto geografico più ampio, suggerendone una possibile ascendenza greca. Tale studio, inoltre, analizza firme di selezione specifiche—legate a caratteristiche produttive, dimensioni corporee, fertilità, colore del mantello, deposito di grasso e sviluppo di corna e orecchie—, risultato del lungo processo di evoluzione, selezione e adattamento di questa razza. Nel loro insieme, questi due studi hanno fornito le evidenze scientifiche necessarie al riconoscimento della capra Comune di Sicilia, ottenuto nel 2025, e contribuiranno a guidare la costruzione di strategie per preservarne la variabilità genetica. I Capitoli 4.3 e 4.4 estendono l’analisi a livello nazionale, offrendo una valutazione genomica completa della biodiversità delle pecore e delle capre italiane. Questi studi combinano analisi di struttura di popolazione, diversità genetica e background genomico con comparazioni su scala temporale, proponendo un approccio innovativo per la rilevazione di cambiamenti evolutivi recenti delle razze locali negli ultimi due decenni. Considerati insieme ai dati demografici e al più ampio contesto storico, manageriale e socioculturale, i risultati mostrano come pratiche passate e cambiamenti recenti abbiano plasmato la variabilità e la resilienza dei piccoli ruminanti. In particolare, il Capitolo 4.3 analizza le pecore italiane, evidenziando che molte razze mostrano trend demografici in diminuzione e ridotta variabilità genetica, suscitando seri dubbi sulla loro possibilità di sopravvivenza. Seppur nella maggior parte dei casi sia possibile identificare chiaramente le diverse popolazioni, si rileva, in alcune, una marcata introgressione da parte di razze estere (ad esempio Île-de-France nella Merinizzata Italiana) e/o altre razze italiane (ad esempio Gentile di Puglia e Nera di Arbus). I confronti con campioni risalenti a circa vent’anni fa hanno inoltre consentito di rilevare quali regioni genomiche siano state sottoposte a una più marcata variazione, molte delle quali risultano essere associate a tratti produttivi e riproduttivi, alla risposta immunitaria e/o all’adattamento ambientale. Un ulteriore approfondimento su quest’ultimo aspetto, possibile grazie all’integrazione di dati relativi al cambiamento di numerose variabili climatiche nel corso del tempo, ha portato all’identificazione di SNP associati a geni noti per il loro ruolo nell’adattamento e a pathway potenzialmente rilevanti, come immunità, risposta allo stress ossidativo, crescita corporea, equilibrio idrico, ritmo circadiano, metabolismo energetico e funzionalità cardiovascolare. Il Capitolo 4.4 si concentra sulle capre italiane, i cui dati genomici rivelano una chiara distinzione tra popolazioni settentrionali, generalmente ben differenziate, e centro-meridionali, spesso più admixed e caratterizzate da un pool ancestrale condiviso. I confronti temporali mostrano che la maggior parte delle razze ha mantenuto il proprio background genomico nel corso degli ultimi vent’anni, con eccezioni quali Bianca Monticellana e Capestrina, che presentano maggiore omogeneità e inbreeding rispetto al passato. Grazie a un approccio di landscape genomics, inoltre, si sono individuate regioni genomiche potenzialmente associate all’adattamento ambientale. In particolare, incrociando i risultati di più metodi, sono emersi tre geni—KPNA1, PARP9 e LRP8— coinvolti nel funzionamento del sistema immunitario, nel metabolismo dei grassi, nello sviluppo neuronale e comportamentale e nella risposta allo stress ossidativo. Ulteriori segnali includono geni legati a tratti morfologici adattativi, immunità e sviluppo degli apparati escretore e digerente. In questo studio, per la prima volta, è stato stimato un valore di genomic offset per le capre italiane, con l’obiettivo di prevedere quali aree geografiche e popolazioni possano risultare più vulnerabili ai futuri scenari climatici, attesi per il 2080–2100. In particolare, tale analisi ha evidenziato che il confine settentrionale della regione alpina, la porzione orientale della Pianura padana e l’area della Murgia e del Gargano, dove viene allevata la razza Garganica, rappresentano le aree a maggior rischio. Nel complesso, gli studi presentati in questa tesi forniscono quindi una comprensione multidisciplinare della biodiversità delle specie caprina ed ovina, a partire dalla loro domesticazione fino alla diversità attuale e alle possibili vulnerabilità future. Combinando approcci storici, ecologici e genomici, la presente tesi mostra come traiettorie passate, condizioni ambientali attuali e gestione antropica interagiscano per modellare il genoma, guidare l’adattamento e influenzare la vulnerabilità delle popolazioni di piccoli ruminanti in un contesto, quello italiano, particolarmente informativo, data la sua eterogeneità ecologica e le ricche tradizioni culturali che lo caratterizzano. Questi risultati evidenziano inoltre come tutti questi aspetti vadano considerati al fine di orientare le priorità conservazionistiche e le strategie di gestione delle popolazioni, sostenendo la sopravvivenza a lungo termine e il potenziale adattativo delle risorse genetiche animali. Inoltre, questi studi forniscono un punto di partenza per ulteriori indagini, che potrebbero fare uso di tecniche complementari ed innovative, come epigenomica, sequenziamento completo e validazione sperimentale. Ad esempio, le popolazioni identificate come di particolare interesse dal punto di vista adattativo possono rappresentare target per studi genomici mirati, utili per approfondire la comprensione dei meccanismi che hanno consentito loro di persistere nel loro ambiente e per sviluppare strategie di conservazione ad hoc. Infine, i dati qui presentati offrono strumenti pratici per supportare la conservazione, la gestione e l’uso sostenibile delle razze locali. La stretta collaborazione con Asso.Na.Pa. ha infatti permesso di tradurre le evidenze scientifiche in strategie concrete, tra cui la priorizzazione delle razze per la conservazione, la pianificazione di programmi di allevamento per mantenere la variabilità genetica entro e tra popolazioni e il monitoraggio dei trend demografici. Colmando il divario tra ricerca e applicazione, questi risultati forniscono agli allevatori e alle associazioni indicazioni concrete per prendere decisioni basate su dati obiettivi che possano potenziare la resilienza a lungo termine delle risorse genetiche dei piccoli ruminanti italiani.
Settore AGRI-09/A - Zootecnia generale e miglioramento genetico
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