Identificazione di marcatori molecolari per la resistenza alla fotobatteriosi nell'orata di allevamento (Sparus aurata)

Fish photobacteriosis is an infectious disease that affects several fish species living in marine temperate waters. Its causative agent is the Gram-negative bacterium Photobacterium damselae subsp. piscicida (Phdp). Fish photobacteriosis represents a serious health problem for the majority of intensive sea bream hatcheries, with 90–100% mortality during disease outbreaks. Larvae and juveniles are the most susceptible stages. A potential strategy to prevent fish photobacteriosis is to select for animals that are genetically resistant to it. Resistance to Phdp infection has low medium hereditabilty (0.12-0.45) and it is costly to measure, thus the best option for selective breeding is marked assisted selection. Aim of this work is to identify genetic loci involved in disease resistance in the gilthead sea bream (Sparus aurata) through an integrated genomic approach. A QTL analysis for resistance to photobacteriosis was carried out on an experimental population of 500 offspring, originating from eight sires and six dams in a single mass-spawning event and experimentally infected with Phdp. A total of 151 microsatellite loci were genotyped in the experimental population, and half-sib regression QTL analysis was carried out on two continuous traits, body length at time of death and survival, and for two binary traits, survival at day 7 and survival at day 15, when the highest peaks of mortality were observed. Two significant QTLs were detected for disease resistance. The first one was located on linkage group LG3 affecting late survival (survival at day 15). The second one, for overall survival, was located on LG21, which allowed us to highlight a potential marker (Id13) linked to disease resistance. A significant QTL was also found for body length at death on LG6 explaining 5-8% of the phenotypic variation. Microarray-based experiments were used to analyse changes at the transcriptome level upon Phdp experimental infection in sea bream juvenile head kidney. An update of the oligo-DNA microarray developed by Ferraresso et al. (2008) was produced by adding 6,412 novel unique transcripts. Statistical analysis identified 293 transcripts significantly up-regulated and 123 transcripts down-regulated leading to an infection response mainly associated to the more immediate innate immune system. It was observed, however, a significant predominance of anti-inflammatory mediators/signals, which help controlling excessive collateral damage to host tissue and cells due to host response, but, in so doing, might also reduce the effectiveness of immune mechanisms responsible for the clearance of the pathogen. Independent testing of a selection of differentially expressed genes with real-time RT-PCR confirmed microarray results. Differentially expressed genes based on microarray analysis were mapped onto the stickleback genome, to find a possible co-localization of the loci contributing to disease resistance or susceptibility. These genes, which putatively co-localize with genome-wide significant QTLs, represent a starting point to refine the candidate regions for the already identified QTLs and might constitute potential markers for the implementation of selective breeding programs for photobacteriosis resistance.

La fotobatteriosiosi ittica, causata dal batterio Gram negativo Photobacterium damselae subsp. piscicida (Phdp), è una patologia infettiva che colpisce diverse specie di pesci che vivono in acque marine temperate. La fotobatteriosi rappresenta un reale problema sanitario per gran parte degli allevamenti intesivi di orata (Sparus aurata), con tassi di mortalità che possono raggiungere il 90-100%; gli stadi larvali e giovanili sono i più suscettibili all’infezione. Una possibile strategia per prevenire la patologia prevede la selezione di animali geneticamente resistenti a essa. La resistenza alla fotobatteriosi presenta un’ereditabilità medio bassa (0.12-0.45) e la sua stima risulta dispendiosa, di conseguenza, la strategia migliore per l’attuazione di programmi di miglioramento genetico per questo tratto è la selezione assistita da marcatori. Scopo di questo progetto è l’identificazione di loci genetici coinvolti nella determinazione della resistenza all’infezione in orata, mediante un approccio genomico integrato. Un’analisi di QTL per la resistenza alla fotobatteriosi è stata effettuata considerando una popolazione di 500 individui, generati da 8 maschi e 5 femmine, infettati sperimentalmente con Phdp e genotipizzati utilizzando 151 loci microsatelliti. I dati ottenuti sono stati elaborati attraverso un’analisi di regressione half-sib per due caratteri con distribuzione continua, la lunghezza al momento del decesso e la saprovvivenza, e per due caratteri binari, la sopravvivenza al giorno 7 e al giorno 15, associati ai maggiori picchi di mortalità. Per la resistenza alla fotobatteriosi sono stati identificati due QTL significativi. Il primo, coinvolto nella sopravvivenza al giorno 15, è stato associato al LG3. Il secondo, per la sopravvivenza al termine del challenge, è stato collocato nel LG21, per cui è stato possibile anche identificare un potenziale marcatore (Id13) associato alla resistenza alla patologia. Per la lunghezza al momento del decesso è stato individuato un QTL significativo nel LG6, in grado di spiegare il 5-8% della varianza fenotipica. La tecnologia microarray è stata impiegata per analizzare i cambiamenti a livello trascrizionale nel rene cefalico di orate sottoposte a un’infezione sperimentale con Phdp. La piattaforma microarray a oligonucleotidi, sviluppata da Ferraresso e colleghi (2008), è stata aggiornata aggiungendo 6412 nuovi trascritti unici. Le analisi statistiche dei dati di espressione hanno identificato 293 trascritti significativamente sovraespressi e 123 trascritti significativamente sottoespressi, associati a una risposta all’infezione che coinvolge principalmente i più immediati meccanismi del sistema immunitario innato. È stata rilevata, inoltre, una significativa predominanza di molecole antinfiammatorie che aiutano a controllare gli eccessivi danni collaterali ai tessuti dovuti alla risposta dell’ospite, ma così facendo, porterebbero anche a una riduzione dell’efficacia dei meccanismi immunitari responsabili dell’eliminazione del patogeno. I saggi di espressione in Real time RT-PCR hanno confermato i risultati di microarray. I geni differenzialmente espressi sono stati localizzati nel genoma di Gasterosteus aculeatus, per trovare una possibile co-localizzazione dei loci che contribuiscono alla resistenza all’infezione o alla suscettibilità. Questi geni, che apparentemente si collocano nelle stesse regioni dei QTL significativi, rappresentano un punto di partenza per raffinare la localizzazione dei QTL qui identificati e potrebbero raprresentare dei potenziali marcatori per la selezione di linee di animali maggiormente resistenti alla fotobatteriosi