I big data da analisi genomiche e fenomiche a supporto della sostenibilità e dell’efficienza delle produzioni agro-zootecniche

Alte competenze Fontanesi 2018

Abstract

Le produzioni agrarie si basano su organismi (piante, animali, microrganismi, ecc.) i cui potenziali produttivi sono influenzati dal rispettivo patrimonio genetico e dall’interazione con l’ambiente in cui si innestano diversi aspetti tecnici come le pratiche agronomiche e le tecniche di allevamento. La genomica sta cambiando radicalmente il modo di valutare geneticamente piante, animali e microrganismi e di determinare le specifiche caratteristiche biologiche nei vari ambiti di applicazione. I settori di applicazione sono numerosi e, per esempio, vanno dal miglioramento genetico, alla conservazione e alla valorizzazione della biodiversità agraria, al miglioramento delle capacità diagnostiche su colture e animali, all’implementazione di sistemi biotecnologici tradizionali e innovativi per la trasformazione e conservazione dei prodotti agroalimentari. Questi aspetti si inseriscono in modo rilevante nelle principali filiere vegetali e animali che costituiscono un asset economico fondamentale nel panorama produttivo regionale. In questi contesti si producono enormi quantità di informazioni che raggiungeranno a breve l’ordine di grandezza di zettabyte (1 zettabyte = 1021 byte). Questi big data sono ancora in larga parte inesplorati ed inutilizzati principalmente per due problemi: la limitata capacità di analisi dei dati stessi e la mancanza di informazioni che permettano la loro interpretazione nei sistemi biologici dai quali derivano. A questo riguardo bisogna considerare la necessità di determinare fenotipi (cioè registrare sugli organismi parametri o misure che siano in grado di estrinsecare e misurare l’effetto del genotipo) per poi riuscire a collegare aspetti produttivi di piante, animali e microrganismi con varianti genetiche. Emerge quindi in questo scenario l’esigenza di sfruttare i principi della fenomica, cioè l’utilizzo di tecnologie e metodi che permettono l’acquisizione ad alta risoluzione di fenotipi a tutti i livelli (metabolismo, tropismo, comportamento, immagini, filmati) degli organismi considerati di cui sono disponibili o verranno generati dati genomici. In ambito zootecnico, ad esempio, le tecnologie ICT, collegate a sensori (collari, pedometri, ruminometri, ecc.) e a sistemi di rilevazione delle produzioni (es. produzioni di latte) o di monitoraggio ambientale (es. temperatura, umidità, emissione gas) oltre che sistemi di acquisizione di immagini e suoni, generano informazioni su sistemi dinamici (cioè gli animali) con specifiche necessità di elaborazione. L’acquisizione di tutte queste informazioni, collegate alle diverse tipologie produttive, genera big data molto eterogenei che dipendono dalle tecnologie utilizzate nei rilevamenti e nelle registrazioni dei parametri fenotipici. L’analisi e l’integrazione di questi dati e l’ulteriore integrazione dei dati fenomici con informazioni genomiche rappresentano un requisito indispensabile per poter sfruttare le potenzialità di nuovi approcci e tecnologie per innovare in modo sostenibile le produzioni agro-zootecniche partendo dalla selezione degli organismi più adatti ai contesti produttivi. Il progetto si propone di formare una nuova figura professionale che abbia le capacità di utilizzare, analizzare ed integrare dati genomici e fenomici. Attraverso queste competenze, questa nuova figura professionale sarà in grado di approcciare in modo innovativo i sistemi biologici (piante, animali e microrganismi utili o patogeni) ed i relativi processi di interesse agrario (es. miglioramento genetico, diagnostica fitopatologica, microbiologia agro-ambientale, ecc.) con l’obiettivo di contribuire al miglioramento della sostenibilità dei sistemi agrari, tramite l’aumento della resilienza ai cambiamenti climatici, economici e sociali, alla riduzione degli input energetici, alla riduzione dell’impiego di fitofarmaci e antibiotici e all’aumento della qualità delle produzioni alimentari. Il progetto di dottorato si baserà su

Dettagli del progetto

Responsabile scientifico: Luca Fontanesi

Strutture Unibo coinvolte:
Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari

Coordinatore:
ALMA MATER STUDIORUM - Università di Bologna(Italy)

Altri partner:
Associazione Naz.Le Allevatori Bovini Di Razza Reggiana (Italy)
Associazione Naz.Allevatori Suini (Italy)

Contributo totale di progetto: Euro (EUR) 86.743,44
Durata del progetto in mesi: 36