Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2067/1067
Title: I marcatori microsatelliti per l'indagine di popolazioni animali antiche e moderne
Other Titles: Microsatellite markers for the investigation of ancient and modern animal populations
Authors: Gargani, Maria
Keywords: Microsatelliti;Bufali dell'Anatolia;Struttura genetica delle popolazioni;Ferento;DNA antico;Microsatellite;Anatolian Water Buffalo;Genetic structure;Ancient DNA;AGR/17
Issue Date: 7-Jul-2010
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 22. ciclo
Abstract: 
Lo scopo di questo lavoro è stato di applicare i marcatori microsatelliti a due diversi studi. Il primo ha riguardato l’analisi della struttura genetica di sei popolazioni di bufali provenienti dalla Turchia (Anatolian water buffalo). Si tratta del primo studio effettuato in tali popolazioni che necessitano di
particolare attenzione a causa 1) della vicinanza della Turchia al centro di domesticazione e di probabile diffusione della specie verso l’Italia; 2) della drastica diminuzione del numero degli
individui che si è verificato negli ultimi decenni. In Turchia i bufali hanno una grande importanza economica poiché sono usati per la produzione di latte e di carne ma anche come animali da lavoro.
Nonostante il numero degli individui sia diminuito da 1,117,000 a 110,000 capi negli ultimi trenta anni, l’allevamento di questa specie è sopravvissuto al fine di promuovere sistemi produttivi, in accordo con uno sviluppo rurale sostenibile. In questo contesto si inserisce la presente ricerca che si è proposta l’obiettivo di analizzare la struttura genetica e le relazioni tra diverse popolazioni di bufali appartenenti a sei regioni della Turchia, che rappresentano i più importanti siti di allevamento. A tal fine sono stati selezionati dal database BOVMAP e dalla lista FAO un pannello
di 21 microsatelliti sviluppati nel bovino per analizzare 154 campioni di bufali dell’Anatolia.
Le sei popolazioni analizzate hanno mostrato un moderato livello di variabilità genetica, dovuta principalmente alle variazioni entro le popolazioni. Il test di Hardy-Weinberg, ha mostrato un disequilibrio per alcuni loci a causa di un deficit di eterozigoti. Alcuni fattori come l’inbreeding e la
sottostrutturazione delle popolazioni possono essere la causa di un deficit di eterozigoti. Noi ipotizziamo che l’inbreeding sia la causa più probabile. I valori del coefficiente di inbreeding infatti
risultano essere tutti positivi e significativi. In particolare la popolazione Merzifon mostra il valore di FIS più alto di tutti.
Per quanto riguarda la struttura genetica delle popolazioni, i risultati ottenuti dall’analisi delle componenti principali e dall’analisi Bayesiana hanno mostrato una netta differenziazione delle
popolazioni Merzifon e Danamandira. Nel quartiere Merzifon, la dimensione della popolazione si sta riducendo, e ciò potrebbe avere provocato un aumento di consanguineità come dimostrato dai valori di FIS. Nella popolazione Danamandira della provincia di Istanbul, l'allevamento è molto
popolare e la maggior parte dei gli allevatori possiede pochi capi per il consumo familiare.
Per quanto riguarda le altre popolazioni, esse appaiono raggruppate in un unico cluster. Gli individui appartenenti alla popolazione Coskun sono distribuiti in tutte le altre popolazioni, riflettendo, probabilmente, il fatto che gli allevatori sono soliti acquistare animali provenienti da
altre regioni.
In conclusione, abbiamo presentato il primo studio di diversità genetica dei bufali dell’Anatolia usando marcatori microsatelliti. Questi risultati preliminari potrebbero essere utili per pianificare
strategie di conservazione del bufalo della Turchia, che rappresenta un’importante risorsa economica, soprattutto per i piccoli villaggi. In particolare la popolazione di Merzifon merita una speciale attenzione al fine di impedire un ulteriore aumento dei valori di inbreeding.
Il secondo studio ha riguardato l’identificazione dei loci microsatelliti da potere utilizzare nello studio del DNA antico e in particolare in resti di animali domestici. L’analisi del DNA antico può
essere un ottimo strumento per interpretare la struttura genetica di popolazioni di animali allevati in tempi storici, la loro origine geografica, e il loro sviluppo demografico. Inoltre lo studio dei
genotipi ci permette di attribuire i resti di animali prelevati negli stessi siti di ritrovamento a specifici individui, di stabilire l'appartenenza alle popolazioni e di confrontarle con le popolazioni
moderne. Ad oggi la maggior parte degli studi condotti a livello molecolare sul DNA antico riguardano l’analisi del DNA mitocondriale. Esso è presente in gran numero di copie e per questo, a
differenza di quanto avviene per i geni nucleari, esiste un’elevata probabilità di ritrovarlo ancora in campioni antichi. D’altra parte, per piccole popolazioni, i marcatori nucleari, come i microsatelliti,
pur essendo più difficili da analizzare, permettono una maggiore livello di analisi strutturale a causa del più elevato polimorfismo rispetto all’mtDNA.
In questo studio abbiamo selezionato dal database FAO un set di 15 microsatelliti per i quali sono stati ridisegnati, sulle sequenze di riferimento, primers specifici capaci di amplificare frammenti più
corti di quelli originali. I loci sono stati analizzati su resti di ossa di bovini risalenti al medioevo prelevati da Ferento, un sito archeologico situato nell’Italia centrale. I dati ottenuti sui campioni
antichi sono stati poi confrontati con quelli provenienti da razze moderne.
Il primo importante risultato ottenuto è stato quello di estrarre il DNA da tutti i campioni presi in esame e di avere avuto amplificazioni positive per cinque dei 15 microsatelliti testati.
Il rilievo di tale risultato ben si comprende se si pensa alle difficoltà nell’analizzare il DNA nucleare
dei campioni antichi.
L’altro importante risultato è stato di aver confrontato i dati microsatelliti ottenuti da questo studio con quelli riguardanti 72 razze bovine moderne.
La popolazione di Ferento ha un ridotto livello di variabilità rispetto alle razze moderne, come dimostrano i valori di eterozigosi e il numero medio di alleli.
I campioni di bovini antichi mostrano tutti un sorprendente livello di omozigosi dovuto
probabilmente ad incrocio stretto tra individui parenti. Ciò è rappresentativo di una condizione nella quale gli scambi di bestiame erano molto ridotti, come pure la numerosità della popolazione destinata alla riproduzione. In alternativa si potrebbe pensare ad un inbreeding voluto per mantenere
specifiche caratteristiche di animali arrivati nel luogo per cause accidentali (es. al seguito di eserciti
invasori). La seconda ipotesi potrebbe essere suggerita anche dall’alta likelihood che alcuni resti hanno di appartenere a razze “esotiche” tedesche, olandesi e addiritura inglesi.
I risultati positivi ottenuti dimostrano la possibilità di utilizzare i microsatelliti per lo studio dei bovini antichi e di confrontare i genotipi degli animali allevati in tempi storici con quelli moderni
presenti nelle banche dati.

The aim of this study was to apply microsatellite markers to two different studies. The first
concerned the analysis of the genetic structure of six water buffalo populations from Turkey
(Anatolian water buffalo). This is the first study in these populations that need special attention because 1) the proximity of Turkey to the center of domestication and possible spread of species to Italy, and 2) the drastic decrease in the number of individuals that occurred in recent decades.
Anatolian water buffalo greatly contributes to agriculture economy through milk, meat and draught
power. Although the number of Anatolian buffalo has decreased from 1,117,000 to 110,000 head
over the past three decades, farming of this species has survived in order to promote productive system in agreement with sustainable rural development.
In the present study, microsatellite markers were used to analyse the relationships among six
Turkish water buffalo populations. One hundred and fifty-four animals were sampled in six
different Turkish districts belonging to four regions that represent the most important sites of water buffalo breeding. We chose 26 bovine heterologous microsatellites primers listed in the BOVMAP database and recommended by FAO for diversity studies in cattle. The six populations analyzed showed a moderate level of genetic variability, mainly due to variations within populations. In 44 locus–population combinations, we found a deviation from Hardy-Weinberg due to a
heterozygosity deficit.
Some factors, such as inbreeding and occurrence of population substructure (Wahlund effect), could
be the reasons for heterozygote deficiency in populations. We hypothesize that inbreeding is the
most likely cause. The values of the coefficient of inbreeding in fact was positive and significant, in particular, the Merzifon population showed the highest value of FIS.
The Principal Coordinates Analysis (PCA) and the Bayesian clustering approach revealed a high
differentiation of Merzifon and Danamandira populations. In the Merzifon district, the buffalo
population size is shrinking and the breeding territory is now confined to a small area. This could have caused a reduction in breeding animals, which led to an increase of inbreeding as previously shown by FIS. In the Danamandira population, belonging to Istanbul province, husbandry is very popular and most of the farmers rear few heads for family consumption. The other populations represented one single cluster. In particular Coskun individuals were not assigned to a unique group but were distributed with most of the other buffalo populations. This could reflect the heterogeneity of the breeding stock, which is probably because of farmers buying animals from other regions.
These preliminary results could be useful for developing conservation strategies for the Turkish
buffalo, which represents an important resource for small villages that are far away from the big
cities. In particular, the Merzifon population deserves special attention to prevent further increases in population inbreeding.
The second study concerned the identification of suitable microsatellites that can be used in ancient livestock remains. The study of ancient DNA could allow to interpret the population structure of ancient animal populations, including their demography, geographical origin, migration and the similarity to modern breeds. Furthermore, allele scoring can help archaeozoologists, often collecting
more remains in the same excavation site, in attributing remains to specific individuals and to
obtain information on the populations the remains belong to. The majority of studies conducted on
ancient populations at molecular level mostly concerned mitochondrial DNA (mtDNA). mtDNA is
present in cells in hundreds of copies, therefore it is easier to analyse as it is preserved, though
damaged, after hundreds of thousands of years. However, nuclear marker like microsatelliteas are
more informative than mtDNA because of higher polymorphism level. In this study we selected
from FAO list a total of 15 microsatellites for which we redesigned, on the basis of the reference
sequences, specific primers able to amplify fragments shorter than the original ones. Microsatellite loci were analyzed on medieval cattle bones from Ferento, an archaeological site near Viterbo, central Italy. Two important results need to be mentioned:
1) It was possible to extract DNA from all 13 samples
2) Among the 15 microsatellites tested, 5 loci amplified successfully in our samples.
Furthermore we compared the microsatellite data obtained from this study with those for 72 cattle
breeds modern. Ferento population showed a reduced level of variability compared to modern
breeds, as demonstrated by heterozygosity values and the average number of alleles. Ancient cattle
showed a surprising level of homozygosity probably due to inbreeding. This could reflect a
condition in which the livestock trade was very low, as well as the number of animals for breeding.
Alternatively we could hypothesized that inbreeding was wanted to retain specific characteristics of animals arrived at the place by chance (e.g. following up invading armies)
The second hypothesis could also be suggested by the likelihood values which showed that some
remains were close to foreign breeds (German, Dutch and British).
The positive results obtained demonstrated the feasibility of using microsatellites for the study of ancient cattle which could be very powerful given the existence of a large database containing genotypes from widely sampled extant cattle.
Description: 
Dottorato di ricerca in Ecologia e gestione delle risorse biologiche
URI: http://hdl.handle.net/2067/1067
Rights: If not otherwise stated, this document is distributed by the Tuscia University Open Archive under a Creative Commons 2.0 Attribution - Noncommercial - Noderivs License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/)
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