La genomica ha oramai rivoluzionato la zootecnia tradizionale, ma sta rivoluzionando anche un altro tipo di allevamento: l’acquacoltura. Quest’ultima rappresenta un’importante fonte di proteina e deve essere considerata a tutti gli effetti un’attività zootecnica con enormi potenzialità.

Il mese di Agosto è da sempre sinonimo di ferie e di mare, ma se pensiamo al mare non possiamo non pensare ai prodotti ittici, che rappresentano una delle più importanti fonti di proteine utilizzate nella nostra alimentazione.

Secondo i dati della Commissione Europea (European Commission, 2022), il consumo medio pro-capite nei paesi aderenti all’UE è pari a 24 kg (peso vivo) di pesce o frutti di mare all’anno (3,3 kg in più rispetto al resto del mondo). Di questa quantità, circa tre quarti provengono dalla pesca selvatica, mentre il restante proviene dall’acquacoltura.

È proprio di acquacoltura che vogliamo parlare questa volta ed in particolare del ruolo fondamentale che il miglioramento genetico e la selezione genomica rivestono anche in questo settore, settore che deve essere considerato a tutti gli effetti un’attività zootecnica.

Domesticazione e selezione nelle specie ittiche

La domesticazione è quel processo attraverso il quale le diverse specie animali o vegetali vengono adattate dall’uomo a vivere e produrre in ambienti e condizioni particolari. Questo adattamento viene generalmente ottenuto attraverso specifiche scelte selettive (selective breeding) ed è caratterizzato da cambiamenti di caratteri legati sia alla crescita che alla morfologia (come nel Salmone Atlantico), alla riproduzione, al comportamento (come nella Trota Iridea) o al mimetismo (come in alcune specie della barriera corallina come l’Hypoplectrus Nigricans).

Nel caso dei pesci, la domesticazione è avvenuta molto più recentemente rispetto agli animali terrestri. Una delle teorie che cercano di spiegare questa tarda domesticazione suggerisce che grazie all’elevata prolificità della specie, pochi riproduttori erano necessari per ottenere progenie molto numerose. Questa situazione portava però ad un aumento di omozigosi e quindi a depressione da consanguineità con conseguenti minori performance produttive e minore longevità. Per correggere questa situazione gli itticoltori erano quindi costretti a cercare nuovi riproduttori nell’ambiente naturale, interrompendo di fatto il processo di domesticazione e selezione.

Ecco perché l’acquacoltura è rimasta un po’ indietro nell’uso della selezione genetica rispetto al settore animale o vegetale. Questo nonostante diversi studi abbiano dimostrato come la risposta alla selezione su caratteri legati all’accrescimento possa anche essere superiore al 10% anno.

I primi programmi di miglioramento genetico basati sulla selezione entro famiglia risalgono al 1970 e furono inizialmente applicati alla famiglia dei Salmonidae, di cui i salmoni e le trote sono ben noti rappresentanti. Successivamente lo stesso approccio è stato utilizzato anche per la Tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus) a partire dal 1988 e per la Mazzancolla tropicale (Penaeus vannamei) a partire dal 1993. A livello europeo, nel 2016, sono stati identificati 46 programmi di miglioramento applicati principalmente a 6 specie e finalizzati a 7 principali caratteri. Nella tabella 1 sono riportati, divisi per specie e caratteri selezionati, il numero di programmi di miglioramento genetico applicati in Europa.

Tabella 1. Numero di programmi di miglioramento genetico in Europa per specie e caratteristiche selezionate. Fonte: Chavanne H. et al, 2016

Genomica in acquacoltura, applicazioni e primi risultati

Così come nei piccoli e grandi ruminanti ed anche nelle specie vegetali, l’applicazione della selezione genomica in acquacoltura è stata possibile grazie alla disponibilità di strumenti ad-hoc che permettono di leggere punti specifici del genoma: i cosiddetti SNP arrays, più comunemente noti come pannelli di marcatori. Ad oggi ben 16 specie ittiche dispongono di un pannello di marcatori dedicato. Tra questi il Salmone, la Trota, La Tilapia del Nilo, la Carpa, il Pesce Gatto, l’Ostrica Concava, l’Ostrica Piatta, il Merluzzo Bianco, la Mazzancolle Tropicale, il Branzino, l’Orata ed il Salmerino Alpino. In aggiunta a questi strumenti, sono disponibili altri che sfruttano tecnologie ancora più all’avanguardia come il Next Generation Sequencing (NGS), o il Genotype by Sequencing (GBS). Queste ultimi sono approcci abbastanza utilizzati dalle imprese private di acquacolture breeding, le quali sviluppano in casa pannelli di marcatori ad hoc, ottimizzati per le loro esigenze e per i loro obiettivi selettivi.

Nella figura 1 possiamo osservare un tipico esempio di applicazione di selezione genomica in acquacoltura. Il punto centrale dello schema è costituito dalla cosiddetta popolazione riproduttiva (Breeding Population) la quale ruota attorno ad un gruppo di riproduttori ciclicamente selezionati (Reproduction) e che durante le diverse stagioni riproduttive generano una serie di famiglie composte da fratelli e mezzi-fratelli. Queste famiglie vengono quindi allevate in vasche separate (Family Rearing) e quando i loro componenti sono abbastanza grandi da poter essere marcati fisicamente, questi vengono identificati individualmente per mantenere la tracciabilità del pedigree durante l’intero ciclo (Identification & Sampling). Alcuni degli individui marcati vengono tenuti come candidati alla selezione nel nucleo di allevamento fino alla misurazione del peso commerciale. Altri gruppi di individui marcati (fratelli e sorelle dei candidati alla selezione), che rappresentano tutte le famiglie del nucleo di allevamento, vengono invece genotipizzati ed utilizzati per raccogliere fenotipi per valutare l’interazione genotipo-ambiente, la qualità del prodotto e la resistenza a diverse patologie (Training Population). Infine le informazioni provenienti dal pedigree, dai fenotipi e dai genotipi delle popolazioni di training e dei candidati alla selezione vengono analizzate congiuntamente attraverso metodi di valutazione genomica (GBLUP) per stimare i GEBV, che a loro volta vengono utilizzati per prendere decisioni di selezione per la stagione riproduttiva successiva e per accelerare il trasferimento del miglioramento genetico anche alle aziende commerciali attraverso la moltiplicazione (Multiplication).

Il maggior numero di applicazioni di selezione genomica è indubbiamente sui salmonidi, ed in minor misura su altre specie di pesci (la trota in particolare) e sui molluschi. Sta di fatto che nel Salmone Atlantico la selezione genomica è oramai di routine e viene comunemente applicata dalle principali aziende di breeding. I caratteri sotto selezione sono legati all’accrescimento ed alla qualità del prodotto ma negli ultimi tempi, come avviene anche nei ruminanti, maggior importanza viene data alla resilienza ed alla resistenza alle patologie. In questo senso la possibilità che la genomica fornisce nell’aumentare l’accuratezza delle predizioni, nell’identificare regioni del genoma legate a risposte specifiche (in particolare di resistenza a patologie) e nel ridurre ancor di più i tempi della selezione sono aspetti importanti anche per l’acquacoltura. Non solo, a questo si aggiunge la possibilità di gestire ancor più efficacemente la variabilità genetica, che come abbiamo inizialmente visto rappresentava un collo di bottiglia per il progresso genetico.

Figura 1. Esempio di Selezione Genomica in Acquacoltura (tratto da Reviews in Aquaculture, Volume: 15, Issue: 2, Pages: 645-675, First published: 17 November 2022, DOI: (10.1111/raq.12750)

Considerazioni Finali

Chi vi scrive non è un esperto di acquacoltura e sicuramente quanto riportato rappresenta una goccia nell’oceano di informazioni, metodologie ed innovazioni che riguardano questo tipo di attività zootecnica. Detto questo, è stato davvero interessante approfondire un argomento complesso e scoprire come metodologie utilizzate sulla terra sono ugualmente efficienti anche nell’acqua.

È stato altrettanto interessante scoprire come, anche nell’acqua, le necessità selettive sono le stesse: accrescimenti veloci, alimenti di qualità, morfologia funzionale, resilienza e resistenza alle patologie. Le tecnologie genomiche affiancate da adeguate metodologie di calcolo possono sicuramente aiutare a raggiungere questi obiettivi. Lo possono fare anche su tipi di allevamento, come quello ittico, le cui potenzialità e benefici sono forse, ancor oggi, sottostimati.

 

Bibliografia Consultata

Chavanne, H., Janssen, K., Hofherr, J. et al. A comprehensive survey on selective breeding programs and seed market in the European aquaculture fish industry. Aquacult Int 24, 1287–1307 (2016). https://biblioproxy.cnr.it:2481/10.1007/s10499-016-9985-0

European Commission, Directorate-General for Maritime Affairs and Fisheries, Facts and figures on the common fisheries policy: basic statistical data – 2022, Publications Office of the European Union, 2022, https://data.europa.eu/doi/10.2771/737237

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