Il benessere degli animali è uno dei temi più discussi temi delle scienze animali. Molti ricercatori hanno provato a darne una definizione e a sviluppare strumenti utili alla sua valutazione negli allevamenti di vacche da latte. Nel presente lavoro viene discussa la possibilità di valutare il benessere degli animali, attraverso sistemi di innovazione da diversi punti di vista: scientifico, economico e zootecnico. Quattro differenti ricerche sono state sviluppate per confrontare i risultati sulla valutazione del benessere degli animali negli allevamenti da latte ottenuti con: indici fisiologici, modello SDIB e un sistema di monitoraggio della ruminazione. / Animal welfare is one of the most discussed topic in the animal science. Many researchers have been proving to define animal welfare and to develop tools useful to assess its levels in dairy farms. In the present issue it is discussed with different point of view (scientific, economical and zootechnic) the opportunity to assess the animal welfare through innovations system. Our different research was develop to compare the results about animal welfare in dairy herds obtained by physiological indices as well as blood variables, a model for animal welfare assessment as well as IDSW model, a rumination monitoring system.

Il sistema immunitario è costituito da una varietà di cellule, molecole e processi biologici che interagiscono per prevenire le invasioni microbiche, riconoscere le molecole estranee ed eliminare le fonti esistenti di lesioni cellulari, ripristinando le normali funzioni tissutali una volta risolto il problema. L'immunità innata è la prima linea di difesa contro le invasioni di agenti patogeni. Nelle vacche da latte, il suo funzionamento subisce gravi alterazioni durante il periodo di transizione (TP). In questa fase è stata segnalata una compromissione delle funzioni delle cellule polimorfonucleate (PMN) correlate alla produzione di metaboliti reattivi dell'ossigeno (ROM), all’attività della mieloperossidasi (MPO), alla chemiotassi e alla fagocitosi. I PMN bovini hanno un alterata espressione dei geni codificanti per tali funzioni tra -1 e 2 settimane dal parto, rispetto al livello rilevato 4 settimane dopo il parto per gli stessi geni. La causa esatta delle disfunzioni immunitarie che si verificano nel periparto non è mai stata chiaramente identificata. In esse possono contribuire diversi fattori, principalmente imputati alle alterazioni metaboliche tipiche del periparto (cambiamenti nell’assetto ormonale, limitazione della risposta immunitaria materna al fine di mantenere la gravidanza, alterazioni nel bilancio energetico e stato di stress ossidativo). Tuttavia, la durata e l’entità delle disfunzioni immunitarie può aumentare qualora subentri uno stato di squilibrio fisiologico (PI). In tali condizioni, le alterazioni metaboliche del periparto sfuggono al controllo dei meccanismi omeostatici e omeoretici, ed una infiammazione sistemica è la conseguenza frequente di questo squilibrio. Lo stato infiammatorio sistemico è scatenato da un aumento dei livelli di citochine proinfiammatorie (PIC), che è collegato ad un aumento della temperatura corporea al parto, e che tipicamente inficia le funzionalità epatiche, modificando le priorità anaboliche dell'organo in fase di inizio lattazione. A seguito di tale slittamento, il fegato produce più α-globuline, note come proteine positive di fase acuta (+APP), cioè aptoglobina, ceruloplasmina e siero amiloide alfa (SAA). Al contrario, riduce la sintesi di albumina, retinol binding protein (RBP), paraoxonasi (PON) e lipoproteine, note come proteine negative di fase acuta (-APP), e sequestra minerali, quali zinco e ferro, dal flusso ematico. L'infiammazione porta all'attivazione dei PMN, mentre la ridotta competenza immunitaria comunemente riportata in TP è stata associata ad un effetto opposto sui leucociti. Pertanto, questi dovrebbero essere considerati come due fenomeni distinti, ma lo stato di PI potrebbe essere considerato un denominatore comune, direttamente correlato al rischio di patologie in avvio di lattazione. Le strategie nutrizionali per ottimizzare l'immunità delle vacche da latte durante il TP dovrebbero quindi essere focalizzate sulla riduzione del grado di PI correlato al parto. Tra tali strategie nutrizionali, dovrebbe essere presa in considerazione la corretta gestione delle fonti energetiche per adattarle alle variazioni dei fabbisogni. Inoltre, il profilo degli acidi grassi delle fonti lipidiche può contribuire nel modificare le funzioni immunitarie. Infine, la somministrazione di prodotti supplementari con attività antiossidanti o antinfiammatorie, così come di specie donatrici di gruppi metilici, potrebbero essere strategie utili a favorire la funzionalità immunitaria delle bovine durante il TP. In una prospettiva più ampia, sebbene strategie nutrizionali e supplementi possano talora mitigare le alterazioni immunitarie, possiamo concludere che l'adozione di pratiche volte a minimizzare il PI durante il periodo di transizione sia la strategia più efficace per prevenire le disfunzioni. Al fine di chiarire il legame tra le alterazioni che si verificano nel periparto e le disfunzioni immunitarie delle bovine da latte sono stati condotti tre esperimenti. Bovine di razza frisona sono state alloggiate in poste individuali a stabulazione fissa e monitorate regolarmente per le condizioni corporee (BCS), il peso (BW), l'assunzione di alimenti (DMI), la produzione di latte (MY) e il tempo di ruminazione. Campioni di sangue sono stati raccolti regolarmente per valutare un ampio profilo ematochimico e per testare le funzioni dei globuli bianchi mediante stimolazioni ex-vivo. Inoltre, la diapedesi dei PMN è stata testata in vivo mediante test della carragenina e sono stati raccolti campioni di rumine a 30 giorni dal parto (DFC). Il primo esperimento era volto a chiarire le cause dei cambiamenti metabolici che si verificano al momento della messa in asciutta, ed il contributo del livello produttivo in tali alterazioni. Infatti, i profondi cambiamenti nell’alimentazione, gli adattamenti gastrointestinali, del metabolismo e dei parametri immunitari che si verificano nelle bovine alla messa in asciutta sono note scatenare il rilascio di cortisolo, indurre segnali di infiammazione sistemica ed alterare il bilancio redox. Produzioni di latte elevate al momento della messa in asciutta hanno un ruolo nell'aggravare tali condizioni. Nel nostro studio, un gruppo di 13 bovine è stato asciugato a 55 giorni dalla data prevista per il parto. Gli animali sono stati divisi in due gruppi in base alla produzione media dell'ultima settimana di lattazione, assumendo un cut-off di 15 kg * d-1: bassa (LM; 6 animali) e alta produzione (HM; 7 animali). I dati sono stati sottoposti ad ANOVA utilizzando un modello per misure ripetute, assumendo il livello produttivo al termine della lattazione, il tempo e la loro interazione come effetti fissi. L'aumento delle quantità di fibra nella razione di asciutta ha ridotto la DMI e aumentato il tempo di ruminazione. La migrazione dei leucociti nella ghiandola mammaria per contribuire alla fase di involuzione ha ridotto la loro abbondanza nel sangue e aumentato la loro attività. Tale attivazione dei leucociti nella mammella ha aumentato l'abbondanza di specie reattive dell’azoto nel plasma e innescato un'infiammazione sistemica in tutti gli animali (aumento delle +APP e riduzione delle -APP). Tale infiammazione ha compromesso le funzioni epatiche (aumento delle concentrazioni di gamma-glutamil transferasi -GGT- bilirubina e fosfatasi alcalina -ALP-). Sia la produzione di specie dell’azoto che lo stato infiammatorio sistemico hanno contribuito all'esaurimento degli antiossidanti circolanti (gruppi tiolici -SHp-, tocoferolo, β-carotene, potere antiossidante ferrico riducente -FRAP- e capacità antiossidante contro specie reattive dell'ossigeno -ORAC-). Gli animali con una produzione più elevata alla messa in asciutta hanno mostrato la peggiore condizione, probabilmente per i più profondi cambiamenti metabolici che hanno affrontato dopo l'interruzione delle mungiture, e per la fase involutiva verosimilmente più dispendiosa. Questo studio evidenzia la messa in asciutta come una fase critica per gestire la salute delle vacche da latte, e suggerisce un potenziale legame della messa in asciutta con le alterazioni delle funzioni immunitarie che si verificano nel periparto. Nel secondo esperimento si sono cercati di identificare i cambiamenti del sistema immunitario che precedono l'insorgenza della chetosi, al fine di chiarire il loro ruolo nella comparsa della malattia. Pertanto, 13 bovine sono state monitorate tra -48 e 35 DFC e suddivise in due gruppi sulla base dei loro livelli plasmatici di beta idrossibutirrato (BHB): inferiore (CTR, 7 animali) o superiore a 1,4 mMol / L (KET; 6 animali). I dati sono stati sottoposti ad ANOVA utilizzando un modello per misure ripetute, assumendo lo stato di salute, il tempo e la loro interazione come effetti fissi. Le vacche KET hanno avuto una maggiore attivazione del sistema immunitario prima del parto (maggiori concentrazioni plasmatiche di PIC, MPO e specie ossidanti e maggiori produzione di interferone gamma in risposta alla stimolazione con Mycobacterium avium) alterazioni della funzionalità epatica (più alta concentrazione sanguigna di GGT) e minori minerali plasmatici. Elevati livelli plasmatici di NEFA, BHB e glucosio nelle vacche KET suggeriscono uno stato di insulinoresistenza e una marcata mobilizzazione del grasso corporeo durante il periodo di asciutta. Tali andamenti dei parametri relativi al metabolismo energetico durante l’asciutta sono stati associati alla riduzione della DMI al momento del parto e al peggioramento del bilancio energetico negativo ad avvio lattazione. Ciò ha causato a sua volta una riduzione di MY e accresciuto ulteriormente la mobilizzazione dei grassi in avvio di lattazione. Compromissione della funzionalità epatica e attivazione dei leucociti durante il periodo di asciutta hanno determinato una marcata risposta infiammatoria di fase acuta nelle vacche KET dopo il parto (maggiori concentrazioni di +APP minori concentrazioni di RBP), ed ulteriormente compromesso la funzionalità epatica (maggiori concentrazioni di glutammato-ossalacetato transaminasi -AST-GOT- e bilirubina). I leucociti delle vacche KET hanno mostrato ridotte funzioni infiammatorie dopo stimolazione ex-vivo con lipopolisaccaridi batterici (minore produzione di PIC e maggiore produzione di lattato). Queste alterazioni potrebbero essere guidate dall'azione combinata dei metaboliti legati alla mobilizzazione dei lipidi e delle azioni antinfiammatorie volte a prevenire un'infiammazione eccessiva. Ciò suggerisce che le alterazioni dei parametri immunitari osservate prima del parto siano altamente correlate con la probabilità di sviluppare chetosi in avvio di lattazione. Nel terzo esperimento è stato somministrato un prodotto immunostimolante dalla comprovata efficacia nel migliorare le funzioni leucocitarie degli animali immunodepressi e nel ridurre l'incidenza delle malattie infettive delle bovine ad inizio lattazione. La sua modalità di azione non è mai stata chiarita, e un’indagine approfondita sul suo effetto metabolico potrebbe evidenziarne l’efficacia anche nei confronti dei disordini metabolici del periodo di transizione. Pertanto, un gruppo di10 bovine è stato monitorato da -62 a 42 DFC. Il gruppo trattato (TRT, 5 animali) ha ricevuto 32,5 g di Omnigen-AF® (Phibro Animal Health Corporation) due volte al giorno (65 g d-1), mentre il gruppo di controllo (CTR, 5 animali) non ha ricevuto alcun supplemento. I dati sono stati sottoposti ad ANOVA utilizzando un modello per misure ripetute, assumendo il trattamento, il tempo e la loro interazione come effetti fissi. La somministrazione dell’immunostimolante alla messa in asciutta non ha influenzato BW, BCS, MY, composizione del latte e del fluido ruminale e nemmeno modificato la concentrazione di neutrofili del sangue. Tuttavia, ha aumentato il tempo di ruminazione e migliorato il metabolismo energetico dopo il parto (concentrazioni di NEFA e BHB inferiori). Le bovine TRT avevano maggiori concentrazioni ematiche di linfociti e i loro leucociti avevano una maggiore efficienza nel rispondere alla stimolazione con lipopolisaccaridi batterici (produzione di lattato inferiore e minore consumo di glucosio). Nonostante questi effetti positivi sulle cellule immunitarie, l'immunostimolante non ha influenzato le concentrazioni di +APP dopo il parto. Inoltre, l’immunostimolante ha ridotto le concentrazioni di albumina, PON e antiossidanti dopo il parto, suggerendo la compromissione di alcune funzioni epatiche negli animali trattati. Tuttavia, la mancanza di qualsiasi effetto sui biomarcatori di funzionalità (bilirubina) e danno epatico (GGT, AST-GOT, ALP) smentisce una reale compromissione delle attività epatiche a seguito del trattamento. Gli effetti positivi nel favorire il recupero delle funzioni del rumine, riducendo la mobilizzazione dei grassi corporei dopo il parto, suggeriscono che l'immunostimolante sia una strategia efficace nella prevenzione dei disturbi metabolici del periodo di transizione. / Immune system is made of a variety of cells, molecules and biological processes that interacts to prevent microbial invasions, recognize foreign molecules and eliminate existing sources of cellular injuries to restore tissues to their normal functions once problem has been solved. Innate immunity is the primary defense line against pathogens invasions. Its functioning typically undergoes severe alterations during transition period (TP) of dairy cows. An impairment of polymorphonuclear cells (PMN) functions related to reactive oxygen metabolites (ROM) production, myeloperoxidase (MPO) activity, chemotaxis and phagocytosis has been reported in this phase. Bovine PMN have an altered abundance in mRNA transcripts encoding for such functions between -1 and 2 weeks from calving, in comparison to the level found at 4 weeks after calving for the same genes. The exact cause of immune dysfunctions occurring in peripartum has never been clearly identified. Reduced immune competence could arise from the interaction of different factors affected from the typical peripartum trends (i.e. changes in endocrine asset, limitations of maternal immune responses against the allogeneic conceptus, alterations in energy balance and oxidative stress status). Nevertheless, its duration could be modified when peripartal changes exceed the control of homeorhetic and homeostatic mechanisms, leading to the physiological imbalance (PI) condition. Such a condition could also trigger the inflammatory-like status. It consists in a prepartal raise of pro-inflammatory cytokines (PICs) levels, that is linked to a raise in body temperature at calving, and that typically affects liver metabolism, implying severe losses in hepatic functions and a shift of anabolic priority of the organ in early lactation. The liver produces more α-globulins, known as positive acute phase proteins (APP), i.e. haptoglobin, ceruloplasmin and serum amyloid alpha (SAA). Conversely, it reduces the synthesis of albumin, retinol binding protein, paraoxonase (PON) and lipoproteins, known as negative APP and sequesters minerals, as zinc and iron, from blood flow. Inflammation lead to the activation of PMN, while the reduced immune competence commonly reported in TP has been associated to an opposite effect on leukocytes. Thus, these should be considered as two distinct phenomena, but they could arise from a common cause with a different magnitude and duration. Nutritional strategies to optimize dairy cow’s immunity during TP should be focused on reducing the PI degree related to calving, as this condition could be referred as a common denominator between immune dysfunction and diseases causes. Among such nutritional strategies, the correct management of energy sources to fit with altered requirements should be considered. Furthermore, fatty acids profile of lipid sources administered could also modify immune functions. Finally, the administration of supplementary products exerting antioxidant or anti-inflammatory activities, as well as methyl donors species, could be beneficial for dairy cows immunity in TP. In a wider perspective, although feed additives and nutritional strategy could be effective in mitigate immune alterations, we can conclude that adoption of proper management practices aimed to avoid PI condition in peripartal period of dairy cows could be the most effective strategy to prevent dysfunctions. Three experiments have been designed to elucidate the linkage between sudden changes occurring in peripartum and immune alterations in dairy cows. Throughout such experiments Holstein dairy cows were housed in tied stalls and monitored regularly for body condition score (BCS), body weight (BW), dry matter intake (DMI), milk yield (MY) and rumination time. Blood samples were collected regularly to assess a wide hematochemical profile and to test white blood cell functions through ex-vivo challenges. Furthermore, PMN diapedesis has been tested in-vivo through a carrageenan-skin test and rumen samples were collected at 30 days from calving (DFC). The first experiment was aimed in investigate the main causes of metabolic changes occurring at dry-off and the contribution of MY in such alterations. In fact, dry-off is related to deep changes in feeding behavior, gastro intestinal adaptations, metabolism and immune parameters in high-yielding cow’s career. Indeed, the release of cortisol, signals of systemic inflammation and altered redox balance have been reported immediately after milking interruption, and high MY have a role in aggravating such conditions. In our study, a group of 13 Holstein dairy cows were dried off at 55 days from expected calving day, and regularly monitored from -7 to 34 days from dry-off (DFD). Animals were retrospectively divided in two groups according to their average MY in the last week of lactation, assuming a cut-off of 15 kg*d-1: low MY (6 cows) and high MY (7 cows). Data were submitted to ANOVA using a mixed model for repeated measures including MY at dry-off, time and their interaction as fixed effects. Increased fiber amounts of dry ration reduced DMI and increased rumination time. Leukocytes migration into mammary gland to contribute in the involution phase decreased their abundance in blood at dry-off, and their activity. Such activation of leukocytes at mammary site increased the abundance of nitrogen species in plasma and triggered a systemic inflammation in all the animals, as reflected from increased concentrations of positive and reduced concentrations of negative APPs. Such inflammation impaired liver functions, as suggested from the increased gamma-glutamyl transferase (GGT), bilirubin and alkaline phosphatase (ALP) concentrations. Both the production of nitrogen species and the systemic inflammatory status contributed in the depletion of antioxidant system in blood (thiol groups -SHp-, tocopherol, β-carotene, ferric reducing antioxidant power -FRAP- and oxygen reactive antioxidant capacity -ORAC-). Animals with higher MY at dry-off showed the worst condition, likely for the deeper metabolic changes they faced at milking interruption, and to the greater amount of mammary parenchyma to be reabsorbed. This study highlights the dry-off as a thorny point to manage dairy cows’ health and depose for a relationship between dry-off and immune alteration that typically occurs at calving. The second experiment was aimed in investigate changes occurring in the immune system prior to ketosis onset to elucidate their role in disease occurrence. Thus, a group of 13 Holstein dairy cows were monitored from -48 to 35 DFC and retrospectively divided into 2 groups basing on their plasma BHB levels: lower (CTR; 7 cows) or higher than 1.4 mMol/L (KET; 6 cows). Data were submitted to ANOVA using a mixed model for repeated measures including health status, time and their interaction as fixed effects. KET cows had a greater activation of the immune system prior to calving (higher plasma concentrations of PICs, myeloperoxidase and oxidant species, and greater interferon gamma responses to Mycobacterium avium) impaired liver functions (higher blood concentration of GGT) and lower plasma minerals. High plasma NEFA, BHB and glucose levels in KET cows suggest an insulin resistance status and a marked mobilization of body fat occurring during dry period. They were also associated to reduced DMI around calving and worse negative energy balance in early lactation. This caused in turn reduced MY and increased fat mobilization in early lactation. Impairment of liver function and activation of leukocytes during the dry period accentuated the acute phase response in KET cows after calving (greater concentrations of positive APPs and lower concentration of retinol binding protein), further impairing liver function (higher blood concentrations of glutamate-oxaloacetate transaminase -AST-GOT- and bilirubin). Leukocytes of KET cows had reduced inflammatory functions after an ex vivo stimulation assay (lower production of PICs and greater production of lactate). These alterations on WBC could be driven by the combined action of metabolites related to the mobilization of lipids and of anti-inflammatory actions aimed to prevent over exuberant inflammation. This suggests that prepartal trends of immune parameters be highly related with the likelihood of developing diseases in early lactation. The third experiment consisted in the administration of Omnigen-AF (OAF), an immune stimulant that is effective in increasing leukocytes functions in immunosuppressed animals and in reducing incidence of infectious diseases in early lactating dairy cows. Its mode of action has never been elucidated, and a wider perspective of its metabolic effect could highlight its effectiveness in facing metabolic disorders of transition period also. Thus, a group of 10 Holstein dairy cows were divided into 2 groups: treated group (TRT; 5 cows) received 32.5 g of Omnigen-AF® (Phibro Animal Health Corporation) twice a day (65 g d-1) as top-dress on the morning and afternoon feeds, while control group (CTR; 5 cows) did not receive any supplementation. From -62 to 42 DFC animals were monitored regularly. Data were submitted to ANOVA using a mixed model for repeated measures including treatment, time and their interaction as fixed effects. Administration of OAF at dry-off did not affect BW, BCS, milk yield, milk and rumen fluid composition, and neither affected blood neutrophils concentrations. Nevertheless, it increased rumination time and improved the energy metabolism after calving (lower NEFA and BHB concentrations). TRT cows had an increased lymphocytes abundance at blood level, and their leukocytes had greater efficiency in facing biological stressors during the peripartum (lower lactate production and lower glucose consumption after a challenge with bacterial lipopolysaccharides). Despite these positive effects on immune cells, OAF did not affect the positive APPs concentrations after calving. A reduced abundance of albumin, PON and antioxidants also occurred with OAF after calving, suggesting some impairment of hepatic functions to occur. Nevertheless, the lack of any effect on main biomarkers related to liver function (bilirubin) and liver damage (GGT, AST-GOT, ALP) dismisses a real impairment of liver activities to occur with OAF. Positive effects in favoring the recovery of rumen functions, reducing mobilization of body fats after calving suggest OAF to be an effective strategy in preventing metabolic disorders of transition period.

La comprensione dei geni che controllano la crescita, lo sviluppo, e il metabolismo della ghiandola mammaria suina può rivelare potenziali vie metaboliche o di segnale per migliorare l'efficienza di sintesi del latte. Un microarray suino costituito da 13.263 oligonucleotidi (mer 70) è stato utilizzato per lo studio del profilo di trascrizione del tessuto mammario da 4.5 scrofe a -34, -14, -4, 0, 7, 14, 21, e 28 giorni rispetto alla data del parto. ANOVA (FDR ≤ 0.10) ha individuato 2664 geni differenzialmente espressi (DEG) in relazione allo stato fisiologico. L’analisi dei network e delle vie metaboliche ha identificato come funzioni molecolari più affette dallo stato fisiologico: crescita e proliferazione cellulare (548 geni) cellule di segnale(612 geni).La qPCR rimane il metodo migliore per la misurazione dell’ abbondanza mRNA ad alta precisione e per la validazione di dati array. Essenziale per assicurare l'affidabilità della qPCR è la normalizzazione dei dati con l’utilizzo di geni di controllo interno (ICG). Un analisi sulla stabilità dei geni ha identificato, tra i 19 potenziali ICG, API5, VABP, e MRPL39 come i più stabili ICG nel tessuto mammario suini e ha inoltre stabilito che l'uso di tali 3 geni è il più appropriato per il calcolo di un fattore di normalizzazione. I risultati sottolineano l'importanza di una corretta validazione dei controlli interni per qPCR ed evidenziano le limitazioni di utilizzo dell’assenza dell’effetto tempo come unico criterio per la selezione di CIG. / Elucidating genes controlling growth, development, and metabolism of swine mammary glands can reveal potential metabolic or signalling pathways that might help improve efficiency of milk synthesis. A swine microarray consisting of 13,263 oligonucleotides (70 mer) was used for transcript profiling of mammary tissue from 4-5 sows at -34, -14, -4, 0, 7, 14, 21, and 28 d relative to parturition. ANOVA (FDR ≤ 0.10) identified 2,664 differentially expressed genes (DEG) dueto physiological state. Gene network/pathway analysis revealed that cell growth and proliferation (548 genes) and cell signaling (612 genes) were among the most affected molecular functions due to physiological state in DEG. QPCR remains the chosen method for high-precision mRNA abundance analysis and for array data validation. Essential for reliability of qPCR data is normalization using appropriate internal control genes (ICG). Gene stability analysis identified , among 19 potential ICG, API5, VABP, and MRPL39 as the most stable ICG in porcine mammary tissue and indicated that the use of those 3 genes was most appropriate for calculating a normalization factor. Results underscore the importance of proper validation of internal controls for qPCR and highlight the limitations of using absence of time effects as the criteria for selection of appropriate ICG.

L’alimentazione proteica risulta di fondamentale importanza per l’ottimizzazione della produttività e per il benessere degli animali di interesse zootecnico. L’identificazione di fonti vegetali alternative e/o complementari a quelle attualmente utilizzate (soia in primis) nel razionamento degli animali si rende necessaria per motivi economici, ambientali e legislativi, cercando di evitare, tuttavia, penalizzazioni sull’appetibilità della razione e sulla risposta produttiva. La ricerca condotta ha riguardato lo studio della composizione nutrizionale di semi di cece (Cicer arietinum) e lupino azzurro (Lupinus angustifolius), con approfondimenti sul contenuto di composti nutrizionalmente attivi e/o antinutrizionali, la valutazione della fermentescibilità ruminale mediante tecniche in vitro, anche alla luce di possibili interazioni genetiche (varietà e linee genetiche) e colturali (epoca e densità di semina). I risultati ottenuti hanno permesso di comprendere eventuali limiti di utilizzo di tali leguminose per l’alimentazione degli animali, in particolar modo dei ruminanti, e di attribuire le fonti di variabilità per la massimizzazione produttiva e qualitativa. / Ruminants protein nutrition is an essential item for optimizing the productivity and welfare of animals. The identification of pulses sources as alternative or complementary to those currently used (primarily soya) in the ration of ruminants is necessary for economic, environmental and legislative reasons, trying to avoid, however, penalties on palatability and productive response. The research focused on the study of the nutritional composition of seeds of chickpea (Cicer arietinum) and blue lupine (Lupinus angustifolius), with insights on the content of nutritionally active compounds and / or antinutritionals, the evaluation of the ruminal fermentability using in vitro techniques, also considering possible genetic interactions (varieties and genetic lines) and farming practices (time and density of sowing). The results of the present study suggest that these pulses could be a potentially good feedstuff contributing at the same time to the energy and protein balance of animal diet. Moreover, the presence of active compounds like tannins at levels that should not be regarded as anti-nutritional, can be useful in ruminant feeding due to the moderating activities exerted by those compounds toward the ruminal degradation of proteins.

Condizioni meteorologiche e clima influenzano fortemente il settore delle produzioni animali. Lo stress da caldo determina una significativa riduzione dell'attività metabolica, della produzione, della capacità riproduttiva e una maggiore predisposizione alle malattie. Nel contesto biologico, la temperatura dell’aria è sicuramente considerata il principale fattore di stress, tuttavia, un’elevata umidità peggiora l'effetto della temperatura riducendo le perdite di calore per evaporazione e ostacolando quindi l’eliminazione del calore in eccesso. Scopi principali della ricerca sono stati la caratterizzazione dell’area del Mediterraneo in termini di Temperature Humidity Index (THI) e stabilire le relazioni tra stagione/THI e mortalità nella bovina da latte allevata in un’area geografica Italiana altamente vocata per questo tipo di allevamento. I risultati suggeriscono che, allevatori e politici che operano nell’area Mediterranea, dovrebbero tenere nella dovuta considerazione variabilità e scenari del THI nella pianificazione degli investimenti nel settore delle produzioni animali. Conoscere in anticipo il verificarsi di condizioni climatiche avverse permetterebbe agli allevatori di metter in atto misure di contrasto sugli effetti negativi delle condizioni climatiche. Inoltre, dovrebbero venire sviluppate misure di adattamento appropriate per contesti specifici in termini di cultura, società, o sistemi politici, che possano contribuire alla sostenibilità ambientale, nonché allo sviluppo economico e alla lotta alla povertà. / Weather and climate strongly influence the field of animal production. Heat stress causes a significant reduction in metabolic activity, production, reproductive capacity, and increases susceptibility to diseases. In the biological context, the air temperature is definitely considered the main factor of stress, however, high humidity worsens the effect of temperature by reducing the evaporation heat loss and thus preventing the removal of excess heat. The main purposes of the research were the characterization of the Mediterranean basin in terms of Temperature Humidity Index (THI) and to establish relationships between season/THI and mortality in dairy cattle bred in an Italian geographic area with a high concentration of dairy farms. THI variability and scenarios should be taken into careful consideration by farmers and policy makers operating in Mediterranean countries when planning investments. Investments should at least partially be directed to implementation of adaptation measures, which may support farmers in the transition to climate-smart agriculture and help them to alleviate the impact of hot extremes on animal welfare, performance and health. In addition, measures should be developed appropriate adaptation to the specific contexts in terms of culture, society, or political systems, which can contribute to environmental sustainability and economic development and fighting poverty.

Una dieta scorretta incrementa il rischio di malattie come l’insulino resistenza e l’obesità. Questa tesi ha l’obiettivo di valutare l’effetto di diete sbilanciate sulla fisiologia ed espressione genica in topi e suini allo svezzamento. Topi C57BL/6 sono stati sacrificati dopo 2 settimane, dopo essere stati alimentati con dieta iper-lipidica e dieta controllo. L’espressione genica è stata stimata usando la tecnologia microarray. Quattro dei sette geni identificati differenzialmente espressi tra il controllo e l’iper-lipidico sono coinvolti nella regolazione della via metabolica del sistema circadiano, che recentemente è stato mostrato avere effetti sul metabolismo lipidico e processo infiammatorio. Il secondo studio ha avuto lo scopo di capire gli effetti dello svezzamento con o senza l’aggiunta di acidificante nella dieta. I suinetti allo svezzamento (T0) sono stati comparati con i suinetti dopo una settimana (T1). Il gruppo post-svezzamento è stato alimentato con una dieta convenzionale, e metà di questi hanno ricevuto un supplemento di acido sorbico. L’aggiunta di acido sorbico nella dieta non ha causato nessuna differenza a livello fisiologico e di espressione genica. 205 geni sono stati identificati come differenzialmente espressi in T1 comparato con T0, evidenziando una forte risposta all’adattamento metabolico e agli stress subiti durante lo svezzamento. / An incorrect diet increases the risk of diseases as insulin resistance and obesity. This thesis aims at assessing the effects of unbalanced diets on gut physiology and gene expression in pig and mouse during weaning. The first research explored the impact of a high fat diet in C57BL/6 mice. High-fat-fed mice and control-fed mice were sacrificed after two weeks of treatment. Gene expression level was assessed by 90K Combimatrix microarray technology. Four of seven genes found differentially expressed between control and high fat diet mice are involved in the regulatory pathway of the circadian clock system, which was recently shown to affect lipid metabolism and inflammatory processes. Those genes were successfully validated by real time PCR. The second study aimed at understanding the weaning effect with or without acidifier addition in the diet. Piglets at weaning (T0) were compared to piglets after one week (T1). The post-weaning group was fed a conventional diet, half of which received in addition sorbic acid. The sorbic acid supplementation evidenced no effects in terms of physiology and gene expression. 205 genes were significantly differentially expressed in T1 when compared with T0, evidencing a response to the metabolic adaptation and the stress suffered during weaning.

La malattia di Johne o paratubercolosi è un’enterite cronica granulomatosa provocata dal Mycobacterium avium subsp paratubercolosis (MAP), che colpisce i ruminanti ed in particolare i bovini da latte ed ha un grande impatto economico a livello mondiale. Il MAP sembra anche avere un ruolo nella malattia umana di Crohn. Tale patogeno è capace di sopravvivere molto bene all’interno dei macrofagi dell’ospite dove previene la loro attivazione, blocca l’acidificazione e la maturazione del fagosoma, e interferisce con la presentazione degli antigeni al sistema immunitario. Al fine di analizzare la complessa interazione tra l’ospite e il patogeno, è stata valutata la risposta dopo 2h, 6h, e 24h di macrofagi derivati da monociti bovini (MDM), coltivati in vitro e infettati con il ceppo L1 di MAP utilizzando un approccio di RNA-Seq. L’analisi statistica dei dati di sequenza ha mostrato un aumento del numero di geni differenzialmente espressi durante l’esperimento in risposta all’infezione. Inoltre i geni sottoespressi negli MDM infettati sono stati individuati solo a 24h post-infezione. L’analisi dei pathway ha evidenziato tre network che sono associati alla risposta immunitaria e al processo infiammatorio. Inoltre lo studio dei geni sottoespressi a 24h ha mostrato il ruolo centrale del complemento e del complesso maggiore di istocompatibilità nella patogenesi della malattia. / Johne’s disease (paratuberculosis) is a chronic granulomatous enteritis caused by Mycobacterium avium subsp paratubercolosis (MAP), affecting ruminants worldwide with a significant economic impact. MAP has also been speculated as a cause of human Crohn’s disease. MAP is a pathogen highly adapted for survival within host macrophages due to the organism's capacity to prevent macrophage activation, block phagosome acidification and maturation, and attenuate presentation of antigens to the immune system. The consequence is a very long silent infection and subclinical phases. To decipher the complex interaction between host and MAP, the response of in vitro bovine monocyte-derived macrophages (MDM) after 2h, 6h and 24h of infection with L1 strain of MAP was explored using RNA-Seq approach. Statistical analysis of sequence data revealed an increasing number of differentially expressed genes in MDM following infection through the three time points analysed. Furthermore down-regulated genes were only found at 24 h post-infection. Ingenuity Pathways Analysis of differentially expressed genes showed that “cell-mediated immune response” was the most significant network related to 2hpi dataset, “immune cell trafficking” for 6hpi, and “inflammatory response” for 24hpi. Finally the analysis of down-regulated genes at 24hpi confirmed the role of complement and major histocompatibility complex (MHC) in the pathogenesis of MAP in cattle.

La tenerezza è la caratteristica più importante per definire l'accettabilità dei prodotti da parte dei consumatori, mentre le carni ottenute da bovini allevati con sistema estensivo solitamente sono dure. Dopo una dissertazione sulle reazioni biochimiche che avvengono durante il periodo di frollatura e che provoca l’intenerimento della carne, questo studio si è proposto di applicare diverse tecniche per migliorare la tenerezza della carne derivante da animali allevati in estensivo, cercando di modulare le reazioni biochimiche. In questo studio tre differenti tecniche, infusione di calcio (Ca), contrazione da freddo indotta (VFC) e la sospensione per le pelvi (PS), anziché per il tendine di Achille (AT), sono state testate in fase di pre-rigor sulla razza Maremmana e Frisona. L’infusione di Ca ha riportato uno sforzo di taglio più basso rispetto al gruppo di controllo (5,17 vs 10,48 kg) mentre il gruppo VFC ha occupato una posizione intermedia. L’attacco per le pelvi ha dimostrato una differenza significativa sullo sforzo di taglio e sulla lunghezza dei sarcomeri sui muscoli Longissimus thoracis e Biceps femoralis (4,26 vs 5,88 kg e 3,83 vs 4,78 kg e 1,97 e 1,64 µm e 2,10 vs 1,76 µm, rispettivamente per i muscoli per WBS e lunghezza dei sarcomeri in PS e AT). In conclusione, questi metodi possono influire sul processo di intenerimento della carne. / Tenderness is the most important characteristic to define products acceptability by consumers, while meat obtained from bull rearing in extensive system is usually tough. After a wide dissertation on biochemical reactions that occur during the ageing time that cause tenderization of meat, this study propose differences techniques to improve meat tenderness acting on this important pathway. In this study three different methods, Calcium infusion (Ca), Very Fast Chilling (VFC) and pelvic suspension hanging from aitch bone (PS) or the Achilles tendon (AT) are applied in pre-rigor phase on Maremmana and Holstein meat. Ca injection has reported the lowest shear force on cooked meat compared to control group (5.17 vs. 10.48 kg) instead VFC group has intermediate values. Pelvic hanging has shown significant differences on shear force and sarcomere length on Longissimus thoracis (LD) and Biceps femoralis (BF) muscles (4.26 vs. 5.88 kg and 3.83 vs. 4.78 kg and 1.97 and 1.64 µm and 2.10 vs. 1.76 µm respectively for LD and BF per WBS and sarcomere length in PS and AT). In conclusion these methods could influence tenderization processes even if the action of some processes are still unclear.

Attività antropiche e pressioni di mercato stanno rapidamente riducendo la biodiversità. Per questa ragione, conservare il patrimonio ecosistemico, tassonomico e genetico risulta fondamentale al fine di garantire potenziale adattativo alle specie, e, in ultima analisi, un futuro sostenibile per il pianeta. Al fine di minimizzare la perdita di biodiversità, numerosi metodi sono stati proposti per priorizzare ecosistemi, specie e popolazioni. Il presente lavoro di tesi fornisce in primo luogo una revisione di tali approcci, proponendo un albero decisionale volto a favorirne un corretto utilizzo. Secondariamente, la variabilità genomica neutrale del bufalo d’acqua (Bubalus bubalis L.) è investigata per mezzo di un pannello di marcatori SNP a media densità, rivelando due centri di domesticazione (India Nord-occidentale, Cina-Indocina) e possibili rotte di migrazione per gli ecotipi ‘river’ e ‘swamp’. L’adattamento locale ad East Coast Fever, patologia endemica delle popolazioni bovine in Africa Sub-sahariana, è stato inoltre studiato in bovini autoctoni Ugandesi (Bos taurus L.) combinando tecniche di modellizzazione delle nicchie ecologiche e di genomica del paesaggio. L’approccio ha portato ad indentificare PRKG1 e SLA2 come possibili geni di adattamento. I risultati sono discussi alla luce delle possibili implicazioni nella conservazione del bufalo e nella gestione delle risorse genetiche animali Ugandesi. / Biodiversity is quickly disappearing due to human impact on the biosphere, and to market pressure. Consequently, the protection of both wild and domestic species needs to become a priority in order to preserve their evolutionary potential and, ultimately, guarantee a sustainable future for coming human generations. To date, tens of methods have been proposed to prioritize biodiversity for conservation purposes. Here, an ontology for priority setting in conservation biology is provided with the aim of supporting the selection of the most opportune methodologies given specific conservation goals. Further, two case studies are presented characterizing neutral and adaptive genomic diversity in water buffalo (Bubalus bubalis L.) and indigenous Ugandan cattle (Bos taurus L.), respectively. In particular, two independent domestication centres (North-western India and Indochina) and separate migration routes are suggested for the ‘river’ and ‘swamp’ water buffalo types. In the case of indigenous Ugandan cattle, the integration of species distribution modelling and landscape genomics techniques allowed the identification of PRKG1 and SLA2 as candidate genes for local adaptation to East Coast Fever, a vector-borne disease affecting bovine populations of Sub-Saharan Africa. Results are discussed for their implications in water buffalo conservation and Ugandan cattle adaptive management.

I sistemi di valutazione genetica nel mondo sono in rapido sviluppo. Attualmente, i programmi di selezione “tradizionale” basati su fenotipi e rapporti di parentela tra gli animali vengono integrati, e nel futuro potrebbero essere sostituiti, dalle informazioni molecolari. In questo periodo di transizione, questa tesi riguarda ricerche su entrambi i tipi di valutazioni: dall’accertamento sull’accuratezza degli indici genetici internazionali (tradizionali), allo studio di metodi statistici utilizzati per integrare informazioni genomiche nella selezione (selezione genomica). Tre capitoli valutano gli approcci per stimare i valori genetici dai dati genomici riducendo il numero di variabili indipendenti. In modo particolare, la correzione di Bonferroni e il test di permutazioni con regressione a marcatori singoli (Capitolo III), analisi delle componenti principali con BLUP (Capitolo IV) e indice Fst tra razze con BayesA (Capitolo VI). Inoltre, il Capitolo V analizza l’accuratezza dei valori genomici con BLUP, BayesA e Bayesian LASSO includendo tutte le variabili disponibili. I risultati di questa tesi indicano che il progresso genetico atteso dall’analisi dei dati simulati può effettivamente essere ottenuto, anche se ulteriori ricerche sono necessarie per ottimizzare l’utilizzo delle informazioni molecolari in modo da ottimizzare i risultati per tutti i caratteri sotto selezione. / Genetic evaluation systems are in rapid development worldwide. In most countries, “traditional” breeding programs based on phenotypes and relationships between animals are currently being integrated and in the future might be replaced by the introduction of molecular information. This thesis stands in this transition period, therefore it covers research on both types of genetic evaluations: from the assessment of the accuracy of (traditional) international genetic evaluations to the study of statistical methods used to integrate genomic information into breeding (genomic selection). Three chapters investigate and evaluate approaches for the estimation of genetic values from genomic data reducing the number of independent variables. In particular, Bonferroni correction and Permutation test combined with single marker regression (Chapter III), principal component analysis combined with BLUP (Chapter IV) and Fst across breeds combined with BayesA (Chapter VI). In addition, Chapter V analyzes the accuracy of direct genomic values with BLUP, BayesA and Bayesian LASSO including all available variables. The results of this thesis indicate that the genetic gains expected from the analysis of simulated data can be obtained on real data. Still, further research is needed to optimize the use of genome-wide information and obtain the best possible estimates for all traits under selection.