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Ceccobelli, Simone (2013) Genetic diversity of mediterranean autochthonous chicken breeds. [Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

Local breeds can be considered a part of the history of some human populations as well as important materials from a scientific point of view. The characterisation and inventory of animal genetic resources and routine monitoring of population for variability are fundamental to breed improvement strategies and programmes and for conservation programmes. Molecular genetics provide us with very remarkable tools to analyse the variation between and within breeds. Different approaches have been developed to understand the different aspects that contribute to breed differentiation.
The thesis is made up in three contributes. The objective of the first part (Chapter 3) was to investigate genetic variation and to analyze population structure in two Italian breeds (Ancona and Livorno) as potential valuable genetic variability source. Blood samples from 131 individuals were collected and genotyped through a thirty microsatellites-based analysis. All the observed descriptive statistical indexes suggested a heterozygosity deficiency and an inbreeding level (mean observed heterozygosity = 0.46, mean expected heterozygosity = 0.53, FIS in Ancona and Livorno = 0.251 and 0.086). The tree from inter-individual DAS distance using Neighbour-Joining algorithm and the FCA analysis showed a higher internal variability in Livorno than in Ancona. STRUCTURE analysis showed the genetic uniqueness of the breeds and the presence of sub-groups in Ancona originating from a possible genetic isolation.
In Chapter 4, the genetic characterization of five Italian chicken breeds (Ancona, Livornese bianca, Modenese, Romagnola and Valdarnese bianca) was described, including their remote genetic origins, the differentiation among them and their present level of biodiversity. The first aim of this study is to investigate the maternal genetic origin of five Italian local chicken breeds based on mitochondrial DNA (mtDNA) information. The second topic was to assess the genetic diversity and population structure of these chicken breeds, and to quantify the genetic relationships among them by using 27 microsatellite markers. To achieve these targets, a 506 bp fragment of the D-loop region was sequenced in 50 chickens of the five breeds. Eighteen variable sites were observed which defined 12 haplotypes. They were assigned to three clades and probably two maternal lineages. Results indicated that 90% of the haplotypes are related to clade E, which has been described previously to originate from the Indian subcontinent. For the microsatellite analysis, 137 individual blood samples from of the five Italian breeds were collected. A total of 147 alleles were detected at 27 microsatellite loci. The five Italian breeds showed a slightly higher inbreeding index (FIS = 0.08) when compared to commercial populations used as reference. Structure analysis showed a separation of the Italian breeds from these reference populations; a further sub-clustering allowed to discriminate between the five Italian breeds.
Aim of the third study was to investigate the genetic diversity and relationship among sixteen Mediterranean chicken populations using sequencing mitochondrial DNA and a panel of 27 microsatellite markers (Chapter5). A 506 bp fragment of the mtDNA D-loop region was sequenced in 160 DNA samples. Twenty-five variable sites, that defined 21 haplotypes, were observed and assigned to three clades and probably three maternal lineages. The major haplotype (E1) was present in the Mediterranean populations, originates from the Indian subcontinent. Different sequences were included in haplogroup A and B that are distributed in South China and Japan. For the microsatellite analysis, 465 individual blood samples from of the sixteen Mediterranean chicken populations were collected. The results indicated that about 22% of the total variability originated from variation between the Mediterranean populations as previously reported in other European chicken breeds. Structure analysis exhibited extensive genetic admixture in many studied populations. In conclusion, suitable conservation measures should be implemented for these breeds in order to minimize inbreeding and uncontrolled crossbreeding. A special care is required for the conservation and preservation of these potentially vulnerable breeds.

Abstract (italiano)

Le razze locali possono essere considerate parte della storia di molte popolazioni umane, così come materiale importante dal punto di vista scientifico. La catalogazione, la caratterizzazione e il controllo di routine della variabilità delle risorse genetiche animali sono pratiche fondamentali nelle strategie di miglioramento genetico e nei programmi di conservazione. La genetica molecolare ci fornisce importanti strumenti per analizzare la variabilità genetica tra e all’interno delle razze. Numerosi approcci sono stati sviluppati e utilizzati per comprendere i diversi aspetti che contribuiscono alla differenziazione delle razze.
Questa tesi è costituita da tre contributi scientifici.
L’obiettivo del primo (Capitolo 3) è stato quello di studiare la variabilità e analizzare la struttura di popolazione di due razze avicole Italiane (Ancona e Livorno), poiché possono essere considerate una fonte preziosa di variabilità genetica. Sono stati raccolti campioni di sangue da 131 animali e genotipati mediante l’utilizzo di un panel di 30 marcatori microsatelliti. Gli indici genetici calcolati suggeriscono un deficit di eterozigosità e un certo livello di consanguineità (eterozigosità media osservata = 0,46; eterozigosità media attesa = 0,53; FIS in Ancona e Livorno = 0,251 e 0,086). L’albero delle distance inter-individuali DAS, elaborato mediante l’algoritmo Neighbour-Jouning, e l’analisi FCA, hanno evidenziato una elevata variabilità interna in Livorno rispetto alla razza Ancona. L’analisi mediante il software STRUCTURE ha evidenziato l’unicità genetica delle due razze oggetto di studio e la presenza di subgruppi nella razza Ancona, derivanti da un possibile isolamento genetico.
Nel quarto capitolo, è descritta la caratterizzazione genetica di cinque razze avicole italiane (Ancona, Livornese bianca, Modenese, Romagnola e Valdarnese Bianca), incluse le loro origini, la loro differenziazione e il loro attuale livello di variabilità genetica. Il primo obiettivo di tale studio è di indagare l’origine genetica di queste cinque razze di pollo italiane sulla base delle informazioni provenienti dal DNA mitocondriale (mtDNA). Il secondo obiettivo è stato quello di valutare la variabilità genetica, la struttura di popolazione e le loro relazioni genetiche mediante l’utilizzo di 27 marcatori molecolari microsatelliti.
Al fine di raggiungere tali obiettivi, è stato sequenziato un frammento di 506 bp della regione D-loop del DNA mitocondriale di 50 animali delle cinque razze avicole oggetto di studio. Sono stati individuati diciotto siti di variabilità che hanno definito 12 aplotipi. Questi ultimi sono stati assegnati a tre aplogruppi, probabilmente attribuiti a due linee materne. I risultati hanno mostrato che il 90% degli aplotipi ricade nell’aplogruppo E, originario del subcontinente Indiano come descritto in precedenza da altri autori. Per l’analisi microsatellitare, 137 singoli campioni di sangue sono stati raccolti nelle cinque razze italiane oggetto di studio. Un totale di 147 alleli è stato rilevato in 27 marcatori microsatelliti. Le cinque razze Italiane hanno mostrato un livello di consanguineità leggermente superiore (FIS = 0,08) rispetto alle popolazioni commerciali utilizzate come razze di riferimento. L’analisi con il software STRUCTURE ha rilevato una chiara separazione delle cinque razze Italiane da queste popolazioni riferimento; una seconda analisi delle sole razze oggetto di studio ha permesso di discriminare le singole razze italiane.
Scopo del terzo studio è stato quello di descrivere la variabilità genetica e le relazioni tra sedici popolazioni avicole allevate nel bacino del Mediterraneo, mediante il sequenziamento della regione D-loop del DNA mitocondriale e l’utilizzo di un panel di 27 marcatori molecolari microsatelliti (Capitolo 5). Un frammento di 506 bp del D-loop mitocondriale è stato sequenziato in 160 campioni di DNA. Sono stati osservati 25 siti di variabilità e 21 aplotipi che definiscono tre aplogruppi e probabilmente tre linee materne. Il principale aplotipo, individuato nelle popolazioni del Mediterraneo, è rappresentato dall’E1 derivante dal subcontinente Indiano. Altre sequenze sono incluse negli aplogruppi A e B, i quali originano dal sud della Cina e dal Giappone. Per l’analisi microsatellitare, sono stai racconti 465 campioni di sangue. I risultati indicano che circa il 22% della variabilità totale origina da variazioni che intercorrono tra le popolazioni oggetto di studio. L’analisi di STRUCTURE ha rilevato un’ampia mescolanza genetica in molte delle popolazioni studiate.
In conclusione, adeguate misure di conservazione dovrebbero essere attuate al fine di minimizzare fenomeni di consanguineità e d’incrocio incontrollato nelle razze studiate. Particolare attenzione, pertanto, è richiesta al fine di conservare e salvaguardare queste razze potenzialmente vulnerabili.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Sarti, Francesca Maria - Lasagna, Emiliano
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 24 > Scuole 24 > SCIENZE ANIMALI > GENETICA, BIODIVERSITA', BIOSTATISTICA E BIOTECNOLOGIE
Data di deposito della tesi:25 Gennaio 2013
Anno di Pubblicazione:2013
Parole chiave (italiano / inglese):Genetic variability, population structure, mtDNA, microsatellite, chicken
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 07 - Scienze agrarie e veterinarie > AGR/17 Zootecnica generale e miglioramento genetico
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Agronomia Animali Alimenti Risorse Naturali e Ambiente
Codice ID:5502
Depositato il:28 Ott 2013 10:17
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