Dipartimento di Medicina Veterinaria

MIDAS

PRIN 2022 – Finanziato dall’Unione europea NextGenerationEU, Ministero dell’Università e della Ricerca, Italia domani, UniPG

PRIN 2022 · MIDAS

Are Mitonuclear genomic Interactions hidden Drivers of Adaptation and Selection in animal species?

Scheda progetto

AcronimoMIDAS
Titolo completoAre Mitonuclear genomic Interactions hidden Drivers of Adaptation and Selection in animal species?
BandoPRIN 2022 – NRRP Mission 4, Componente 2, Investimento 1.1
Durata24 mesi
Ente capofilaUniversità degli Studi di Perugia (UNIPG)
Responsabile scientificoProf. Stefano Capomaccio – Dipartimento di Medicina Veterinaria
Ente partnerUniversità Cattolica del Sacro Cuore, Campus di Piacenza (UCSC)
Responsabile scientifico UCSCDr. Licia Colli – Dipartimento di Scienze Animali, dell’Alimento e della Nutrizione
Social@prinmidas su Instagram

Il progetto

I mitocondri sono le centrali energetiche della cellula: producono ATP attraverso la fosforilazione ossidativa (OXPHOS), un processo che dipende dalla cooperazione di proteine codificate da due genomi distinti, il DNA mitocondriale (mtDNA) e oltre 1.000 geni nucleari co-adattati. Questa interdipendenza crea una pressione selettiva continua verso la co-evoluzione dei due genomi: varianti nucleari favorevoli con un certo aplogruppo mitocondriale possono risultare deleterie su un background mitocondriale divergente, generando incompatibilità mitonucleari con conseguenze misurabili su fecondità, longevità, metabolismo e performance atletica.

MIDAS (Are Mitonuclear genomic Interactions hidden Drivers of Adaptation and Selection in animal species?) indaga se queste interazioni lascino impronte evolutive rilevabili nei genomi di popolazioni italiane di animali da allevamento. Il progetto ha prodotto e analizzato sequenze di intero genoma (WGS) da 277 animali (bovini, capre, cavalli Purosangue), applicando un approccio metodologico comune basato su analisi delle regioni di omozigosi (ROH) nei geni mitocondriali nucleari, firme di selezione genome-wide (FST, iHS, XP-EHH) e metriche di diversità nucleotidica.

Il dataset e i risultati di MIDAS costituiscono una risorsa di riferimento per futuri studi genomici sulle interazioni mitonucleari negli animali domestici italiani, con potenziali ricadute sull’adattamento climatico del patrimonio zootecnico nazionale e sulla selezione genomica per caratteri di performance.

Casi studio

Caso studio 1 – BoviniBos taurus · 60 animali sequenziati (+14 da database pubblici)Cinque aplotipi mitocondriali divergenti (T3, T2, T1, Q, R). Il raro aplogruppo R, probabilmente derivato dall’uro mediterraneo, è quasi esclusivo della penisola italiana. L’obiettivo è identificare se aplotipi mitocondriali altamente divergenti determinino differenti pressioni di selezione sui geni nucleari co-adattati.
Caso studio 2 – CapreCapra hircus · 60 animali sequenziati (+34 da database pubblici)Razze nord-alpine vs. razze sud-mediterranee, tutte con aplogruppo A. Il controllo dell’aplogruppo mtDNA consente di isolare il segnale di adattamento nucleare alle condizioni climatiche contrastanti (freddo/altitudine vs. caldo/siccità) che caratterizzano i due ambienti di allevamento.
Caso studio 3 – CavalliEquus caballus (Purosangue) · 109 animali sequenziatiConfronto tra sprinter (distanza ≤ 1.600 m) e stayer (distanza ≥ 2.400 m). Il metabolismo aerobico mitocondriale è differenzialmente reclutato in base alla distanza di gara: l’ipotesi è che specifiche combinazioni di varianti mtDNA e nucleari contribuiscano alla specializzazione atletica.

Struttura del progetto

WP1Campionamento e preparazione
Definizione delle strategie di campionamento, accordi con stakeholder (associazioni di razza, MASAF/MIPAAFT), selezione dei campioni per WGS, lista dei geni bersaglio per approcci supervisionati.
WP2Sequenziamento genomico (WGS)
Produzione di 277 sequenze di intero genoma su piattaforma Illumina NovaSeq 6000 (copertura media ≥ 10x), con controllo qualità e trasferimento dati.
WP3Bioinformatica e Machine Learning
Variant calling (GATK/Parabricks), analisi di struttura di popolazione (PCA, FST, iHS, XP-EHH), rilevamento ROH (detectRUNS), regressione Firth con permutazione, approcci di Machine Learning / Deep Learning per l’identificazione genome-wide di MNI, confronto cross-specie.
WP4Gestione dei dati e Open Science
Deposito dei dati WGS in archivi pubblici (NCBI SRA), deposito delle pipeline bioinformatiche su GitHub (open-source), conformità ai principi FAIR.
WP5Disseminazione e comunicazione
Pubblicazioni scientifiche Open Access, presentazioni a congressi internazionali, seminari aperti, sito web e social media (@prinmidas).

Risultati attesi

  • Produzione di almeno 180 sequenze WGS di alta qualità da tre specie di animali da allevamento (bovini, capre, cavalli).
  • Identificazione di regioni genomiche nucleari coinvolte in interazioni mitonucleari in ciascuna specie, tramite analisi di ROH, firme di selezione e associazione fenotipica.
  • Caratterizzazione della co-evoluzione mitonucleare attraverso un confronto multi-specie per estrarre firme comuni di adattamento nei mammiferi.
  • Pipeline bioinformatiche su piattaforme long-term (GitHub) e deposito pubblico dei dati WGS (NCBI SRA / ENA), in conformità ai principi FAIR.
  • Almeno 4–6 pubblicazioni scientifiche peer-reviewed Open Access e presentazioni ai principali congressi internazionali di settore.

Disseminazione

CongressiISAG 2025 – International Society for Animal Genetics, Jeju, Repubblica di Corea, luglio 2025
Havemeyer Foundation Workshop on Equine Genomics, Lexington, Kentucky, USA, 2026
Pubblicazioni3 manoscritti in preparazione. Pipeline disponibili su richiesta presso GitHub.
Social e webInstagram: @prinmidas

Progetto finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR) nell’ambito del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), Missione 4, Componente 2, Investimento 1.1 – PRIN 2022 (codice progetto: 20227JC9KT. CUP: J53D23006420006). Finanziato dall’Unione Europea – NextGenerationEU.