Genetic analysis of milk protein composition and of its relationship with renneting properties of individual cow milk

Le proprietà di coagulazione del latte (MCP) sono un aspetto fondamentale nella produzione di formaggio, tuttavia, negli ultimi anni, è stato registrato un andamento sfavorevole della coagulazione del latte in diversi Paesi. La resa in formaggio è diminuita, accentuando la necessità di fornire i caseifici con latte più adatto per la trasformazione in formaggio. Nel corso degli ultimi decenni il miglioramento genetico si è focalizzato sui kg di proteina del latte, ma il contenuto totale di proteina non sembra essere un buon indicatore delle MCP, e la mancanza di un metodo di analisi che consenta la determinazione delle MCP su larga scala attualmente limita la possibilità di migliorare le MCP attraverso una selezione diretta. La composizione proteica del latte è stato a lungo oggetto di interesse per i ricercatori di tutto il mondo. Di conseguenza, le informazioni sul genotipo delle proteine del latte potrebbero essere utilizzate per migliorare la composizione della proteina oppure nella selezione assistita da marcatori per migliorare le MCP, senza dover fenotipizzare grandi gruppi di progenie. Alla luce di tali possibilità, sarebbe auspicabile poter acquisire ulteriori conoscenze sugli effetti delle varianti genetiche delle proteine sulla composizione proteica del latte e sulle MCP. Obiettivi di questa tesi sono stati: studiare gli effetti dell’aplotipo CSN2-CSN3 (β-κ-caseina) e del genotipo al locus BLG (β-lattoglobulina, β-LG) su caratteri produttivi, contenuto di frazioni proteiche e composizione proteica; studiare gli effetti dell’aplotipo CSN2-CSN3 e del genotipo al locus BLG, del contenuto di frazioni proteiche e della composizione proteica sulle MCP, studiare l'effetto esercitato dal rapporto relativo tra κ-CN A e B sulle MCP e sulla resa industriale in tre varietà di formaggi italiani. Inoltre, ultimo obiettivo del lavoro è stato la stima dei parametri genetici delle principali frazioni proteiche del latte e delle correlazioni genetiche e fenotipiche tra le frazioni proteiche e le MCP. Un nuovo metodo di analisi HPLC a fase inversa per la separazione e la quantificazione delle più comuni varianti genetiche delle proteine del latte bovino è stato sviluppato e validato attraverso test di linearità, ripetibilità, riproducibilità e accuratezza. Il contenuto delle principali frazioni proteiche è stato misurato con questo nuovo metodo in campioni di latte individuale di 2,167 bovine di razza Simmental. La composizione proteica è stata espressa come percentuale in peso di ogni frazione caseinica rispetto al contenuto totale di caseina (TCN) e come percentuale del peso della β-LG sul totale di proteine del siero (WH). Il genotipo ai loci CSN2, CSN3 e BLG è stato determinato tramite HPLC e le probabilità aplotipiche per gli aplotipi CSN2-CSN3 sono state stimate per ogni animale. Tempo di coagulazione (RCT) e consistenza del coagulo (a30) sono stati misurati utilizzando un lattodinamografo. Gli effetti dell’aplotipo delle caseine e del genotipo al locus BLG sui caratteri produttivi sono stati limitati o trascurabili. Gli aplotipi contenenti gli alleli CSN2 B e CSN3 B hanno mostrato valori più elevati di TCN e un indice caseinico (CI) superiore, rispetto a tutti gli altri aplotipi. Il genotipo BB al locus BLG è stato associato ad un aumento del contenuto proteico e ad un CI superiore rispetto al genotipo AA. Gli aplotipi contenenti l’allele CSN3 B sono stati associati a contenuti e percentuali di κ-CN maggiori. L’allele CSN2 B è risultato associato con un aumento del contenuto di β-CN, che si è verificato a scapito del contenuto di αS1-CN. Gli aplotipi che includevano la variante CSN2 A1 hanno mostrato una diminuzione del contenuto di β-, αS2- e γ-CN e un aumento del contenuto di αS1- e κ-CN, mentre la variante CSN2 I ha esercitato effetti positivi sulla concentrazione di β-CN, senza alterare il contenuto delle altre frazioni proteiche. L’allele A al locus BLG è stato associato ad una maggiore concentrazione di β-LG e ad un più elevato rapporto tra β-LG e α-lattoalbumina (α-LA). Quando il contenuto delle frazioni proteiche o la composizione della proteina non erano inclusi nel modello statistico, gli aplotipi contenenti l’allele CSN3 B erano associati ad RCT più brevi ed a30 maggiori, rispetto a quelli che includevano l’allele CSN3 A, e gli aplotipi contenenti la variante CSN2 B erano responsabili di una notevole diminuzione dei valori di RCT e per valori di a30 maggiori, rispetto agli aplotipi contenente la variante A2. Quando gli effetti del contenuto delle frazioni proteiche o della composizione proteica sono stati inclusi nel modello statistico, nessuna differenza tra aplotipi riconducibile agli alleli ai loci CSN3 e CSN2 è stata osservata per le MCP, con l'eccezione dell’effetto della CSN2 B su RCT, che è rimasto molto favorevole. L'effetto favorevole esercitato dall’allele CSN2 B su a30 è risultato mediato dall’aumento di β-CN B nel latte. Al contrario, la β-CN B esercita probabilmente un effetto diretto su RCT, che non dipende dalla variazione del contenuto di β-CN associato all’allele B. Per verificare se la mancanza di effetto diretto delle varianti genetiche di κ-CN sarebbe stato osservato anche sulla resa in formaggio, latte con differenti rapporti tra κ-CN A e B sono stati lavorati separatamente per la produzione di Montasio, Asiago e Caciotta. Il latte lavorato aveva composizione simile in termini di proteina, TCN, CI, composizione caseinica, composizione della β-CN e pH simile. Il latte con la percentuale maggiore di κ-CN B (HIGHB) ha presentato valori di MCP simili, ma una resa superiore in tutti i tipi di formaggio esaminati, rispetto al latte con una percentuale inferiore di κ-CN B (LOWB). Tuttavia, l'incremento di resa osservato per il formaggio Montasio è stato attribuito a un maggior contenuto di grasso del latte HIGHB in confronto con il latte LOWB. La probabilità del latte HIGHB di dare un formaggio con una resa del 5% superiore a quella del latte LOWB variava dal 51 al 67% per il Montasio, ma è stata inferiore al 21% per Asiago e Caciotta. Il rapporto tra le varianti A e B di κ-CN non ha quindi influito in modo rilevante sulla resa casearia industriale, quando la composizione del latte era bilanciata per la composizione caseinica, ed è possibile supporre pertanto che vi sia un effetto indiretto delle varianti di κ-CN sulla resa casearia, a causa del più elevato contenuto di κ-CN associato alla variante B. I valori di ereditabilità per αS1-CN%, κ-CN% e β-CN% erano simili e variabili da 0.61 al 0.70, mentre l’ereditabilità di αS2-CN%, γ-CN% e β-LG% erano 0.28, 0.29 e 0.33, rispettivamente. Quando l’effetto dell’aplotipo CSN2-CSN3 e del genotipo al locus BLG sono stati inclusi nel modello, le stime di ereditabilità di tutte le frazioni proteiche sono divenute simili suggerendo che la sintesi di proteine del latte sia sottoposta a un controllo genetico da parte di geni specifici che controllano il livello generale di proteina del latte. Le correlazioni genetiche tra il contenuto delle 5 frazioni caseiniche e tra le frazioni caseiniche e le frazioni sieriche erano generalmente basse. In generale, tutte le frazioni caseiniche erano anche moderatamente positivamente correlata con WH, suggerendo che vi sia una regolazione generale del livello di proteina del latte che coinvolge contemporaneamente TCN e WH. Quando l’effetto dell’aplotipo CSN2-CSN3 e del genotipo al locus BLG sono stati inclusi nel modello, le correlazioni genetiche tra i contenuti delle frazione proteiche sono aumentate significativamente, supportando l’ipotesi che tutte le frazioni siano oggetto di una regolazione generale. Il contenuto di κ-CN del latte non è risultato essere geneticamente correlato con RCT, αS1- and αS2-CN hanno mostrato una correlazione sfavorevole con RCT, mentre un aumento della β-CN nel latte sarebbe a favore di RCT più brevi. Coaguli più consistenti sono stati associati ad un maggior contenuto di κ-CN e β-CN e ad un minor contenuto di αS1-, αS2-, e γ-CN. I risultati ottenuti confermano la mancanza di un’associazione favorevole tra TCN e MCP, sottolineando l’esigenza di utilizzare altri caratteri, come il contenuto delle frazioni proteiche, per il miglioramento genetico delle proprietà casearie del latte.