Scheda progetto
| Acronimo | MIDAS |
| Titolo completo | Are Mitonuclear genomic Interactions hidden Drivers of Adaptation and Selection in animal species? |
| Bando | PRIN 2022 - NRRP Mission 4, Componente 2, Investimento 1.1 |
| Durata | 24 mesi |
| Ente capofila | Università degli Studi di Perugia (UNIPG) |
| Responsabile scientifico | Prof. Stefano Capomaccio - Dipartimento di Medicina Veterinaria |
| Ente partner | Università Cattolica del Sacro Cuore, Campus di Piacenza (UCSC) |
| Responsabile scientifico UCSC | Dr. 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 - Bovini
Bos taurus - n = 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, e' quasi esclusivo della penisola italiana. L'obiettivo e' identificare se aplotipi mitocondriali altamente divergenti determinino differenti pressioni di selezione sui geni nucleari co-adattati.
Caso Studio 2 - Capre
Capra hircus - n = 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/siccita') che caratterizzano i due ambienti di allevamento.
Caso Studio 3 - Cavalli
Equus caballus (Purosangue) - n = 109 animali sequenziati
Confronto tra sprinter (distanza ≤1.600 m) e stayer (distanza ≥2.400 m). Il metabolismo aerobico mitocondriale e' differenzialmente reclutato in base alla distanza di gara: l'ipotesi e' che specifiche combinazioni di varianti mtDNA e nucleari contribuiscano alla specializzazione atletica.
Struttura del progetto
- WP1 - Campionamento 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.
- WP2 - Sequenziamento genomico (WGS) - Produzione di 277 sequenze di intero genoma su piattaforma Illumina NovaSeq 6000 (copertura media ≥10x), con controllo qualita' e trasferimento dati.
- WP3 - Bioinformatica 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 identificazione genome-wide di MNI, confronto cross-specie.
- WP4 - Gestione dei dati e Open Science - Deposito dei dati WGS in archivi pubblici (NCBI SRA), deposito delle pipeline bioinformatiche su GitHub (open-source), conformita' ai principi FAIR.
- WP5 - Disseminazione 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 qualita' 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
Congressi
ISAG 2025 - International Society for Animal Genetics, Jeju, Repubblica di Corea, luglio 2025
Havemeyer Foundation Workshop on Equine Genomics, Lexington, Kentucky, USA, 2026
Pubblicazioni
3 manoscritti in preparazione. Pipeline disponibili su richiesta presso GitHub.
Progetto finanziato dal Ministero dell'Universita' 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.