Analisi del trascrittoma dell’ileo e del colon mediante RNA-Seq in suini pesanti alimentati con diversi livelli di Arthrospira platensis

In recent years, the development of nutrigenomics has highlighted how diet can modulate gene expression, significantly influencing the health and productive performance of animals. Within the framework of modern animal production, the search for more sustainable feeding strategies has become a priority, especially in light of the high environmental impact of conventional feed ingredients. Among the emerging alternatives, microalgae, and in particular Arthrospira platensis (SP), stand out for their high nutritional value and the potential to be produced with a reduced ecological footprint. This study aimed to analyze the transcriptomic profile of 88 pigs subjected to four different dietary treatments. Specifically, the control diet (CTR) consisted of cereals and soybean meal (SBM), while the three experimental diets were formulated by replacing 33% (SP33), 66% (SP66), and 100% (SP100) of SBM with a protein source based on SP. The main objective of this thesis is to evaluate the effect of such replacement on gene expression in intestinal tissues, particularly in the ileum and colon. RNA sequences were extracted following the RNeasy® Fibrous Tissue Mini Handbook protocol, sequenced using Illumina Sequencing by Synthesis (SBS) technology, and subsequently aligned and annotated against the reference genome of the pig (Sus scrofa 11.1.13). This approach allowed for the alignment, annotation, and quantification of expressed genes across the different experimental conditions. Multivariate statistical analyses, performed through PCA, MDS, and genetic clustering representation did not reveal any clear differentiation patterns associated with the dietary treatments. However, the differential expression analysis identified specific modifications in gene expression only in the comparison between CTR vs SP100, in both tissues analyzed. In the ileum, an increase in genes encoding proteins with hydrolase and peptidase activity was observed, consistent with the digestive function of this intestinal segment. In the colon, a higher number of DEG was detected, with6 functional enrichments related to the modulation of immune response and lipid metabolism. These results suggest that low and medium levels of Spirulina platensis inclusion in the diet do not induce significant genetic differentiation, whereas high levels of substitution play a relevant role in regulating metabolic and immune processes in the colon, confirming the greater sensitivity of this intestinal tract to dietary variations.

Negli ultimi anni, l’evoluzione della nutrigenomica ha messo in luce come la dieta possa modulare l’espressione genica, influenzando in modo significativo la salute e le prestazioni produttive degli animali. Nel contesto della zootecnia moderna, la ricerca di strategie alimentari più sostenibili è diventata una priorità, anche alla luce dell’elevato impatto ambientale dei mangimi convenzionali. Tra le alternative emergenti, le microalghe e in particolare Arthrospira platensis (SP), si distinguono per il loro elevato valore nutrizionale e per la possibilità di essere prodotte con un ridotto impatto ecologico. Il presente lavoro si propone di analizzare il profilo trascrittomico di 88 suini sottoposti a quattro differenti trattamenti alimentari. In particolare, una dieta di controllo (CTR), a base di cereali e farina di soia (SBM) e tre diete sperimentali formulate sostituendo il 33% (SP33), 66% (SP66) ed il 100% (SP100) della SBM con un nucleo a base di SP. L’obiettivo della tesi è quello di valutare l’effetto di tale sostituzione sull’espressione genica dei tessuti intestinali, in particolare ileo e colon. Le sequenze di RNA sono state estratte seguendo il protocollo RNeasy® Fibrous Tissue Mini Handbook, sequenziate mediante la tecnologia Illumina Sequencing by Synthesis (SBS) ed infine confrontate con il genoma di riferimento del suino (Sus scrofa 11.1.13). In questo modo è stato possibile effettuare l’allineamento, l’annotazione e la quantificazione dei geni espressi. Le analisi esplorative condotte mediante PCA, MDS e rappresentazione del clustring genetico non hanno evidenziato fattori di differenziazione marcati associati ai trattamenti dietetici somministrati. L’analisi differenziale ha tuttavia permesso di individuare modificazioni specifiche nell’espressione di numerosi geni solo nel confronto CTR vs SP100 in entrambi i tessuti analizzati. In particolare, a livello ileale è stato osservato un aumento dei geni codificanti proteine con attività idrolasiche e peptidasiche, coerente con la funzione digestiva di questo tratto intestinale. Nel colon, il numero di DEG4 individuati è risultato più elevato, con arricchimenti funzionali legati alla modulazione della risposta immunitaria e del metabolismo lipidico. Tali risultati suggeriscono che bassi e medi livelli di SP nella dieta non comportano differenziazione genetica. Per elevati livelli di sostituzione, invece, la SP determina un ruolo rilevante nella regolazione di processi metabolici ed immunitari nel colon, confermando la maggiore sensibilità di questo distretto intestinale alle variazioni dietetiche.