Home About Browse Search
Svenska


Breeding for sustainable milk production

from nucleus herds to genomic data

Hansen Axelsson, Helen (2013). Breeding for sustainable milk production. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2013:43
ISBN 978-91-576-7825-6
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
331kB

Abstract

The overall aim of the research reported in this thesis was to investigate ways to mitigate deterioration in functional traits and reduce the environmental impact of milk production. The more specific objectives were to obtain new information about the selection of bull dams for functional traits in an open nucleus herd, to monitor ongoing genetic trends in functional traits, and to examine a breeding program with genomic selection and contractor herds that records specific indicator traits correlated with environmental impact.

A breeding scheme with expanded recording of functional traits in potential bull dams in a nucleus herd was simulated. The genetic trend in functional traits was found to be unfavourable in all scenarios. Improved recording of functional traits did not limit the unfavourable genetic response in fertility and udder health traits unless more economic weight was placed on functional traits in the breeding goal.

Genetic trends in fertility and udder health traits were estimated in Swedish Red dairy cattle. The estimated genetic trend for number of inseminations in lactating cows was unfavorable. The choice of model to be used for genetic evaluation influences the estimate of genetic trend, indicating that unfavorable genetic trends may not be discovered unless the traits are evaluated in a multiple-trait model including both functional and production traits.

Substantial genetic progress in breeding for environmentally friendly cows can be achieved by including environmental impact in the breeding goal, and by using phenotype records and genomic information on correlated indicator traits. The most valuable indicator traits are those with a strong genetic correlation with environmental impact that also have a high accuracy of direct genomic values. Breakeven prices for recording the indicator trait were calculated for all scenarios. They varied considerably from one scenario to another, depending on the number of phenotype records on indicator traits. Recording an indicator trait could be both genetically and economically advantageous where the genetic correlation between the trait in question and environmental impact is strong, the trait has an optimal number of phenotype records, and the reliability of direct genomic values is moderately high.

Authors/Creators:Hansen Axelsson, Helen
Title:Breeding for sustainable milk production
Subtitle:from nucleus herds to genomic data
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Avel för hållbar mjölkproduktion - från kärnbesättningar till genomisk information

Avelsarbete för mer hållbar mjölkproduktion har blivit ett aktuellt ämne inom branschen. Det beror dels på samhällets ökande intresse för djurvälfärd och miljöfrågor och dels på allt högre produktionskostnader och låga avräkningspriser på mjölk.

De senaste åren har avelsföretagen börjat tillämpa genomisk avelsvärdering som ska ge större framsteg i avelsarbetet. Vid genomisk avelsvärdering används både egenskapsregistreringar och information om djurens DNA för att skatta avelsvärden. Genomisk avelsvärdering kan leda till snabbare genetiskt förändring eftersom även unga djurs avelsvärde kan skattas med stor säkerhet vilket minskar generationsintervallet. Genomisk avelsvärdering har visat sig mycket användbart för de egenskaper som redan är med i avelsprogrammet, och det kan även vara ett effektivt verktyg för att förbättra nya egenskaper som är svåra att registrera, så som fodereffektivitet och metangasutsläpp.

Det övergripande syftet med detta doktorandprojekt var att studera hur avelsprogram för mjölkkor bör utformas för att undvika försämring av de funktionella egenskaperna (reproduktion och hälsa) samt minska mjölkproduktionens miljöpåverkan. De specifika målen var att ta fram ny kunskap om: 1) hur urvalet av tjurmödrar i en kärnbesättning bör utföras för att ge ett genetiskt framsteg i såväl mjölkproduktion som funktionella egenskaper med låg arvbarhet, 2) hur de genetiska trenderna för funktionella egenskaper ser ut i dagens avelsprogram, 3) hur genomisk avelsvärdering och specialiserade mätbesättningar kan användas för att förbättra egenskaper som är dyra att registrera, som till exempel metangasutsläpp, och 4) det ekonomiska utrymmet för att registrera sådana nya egenskaper i avelsprogram där genomisk avelsvärdering används.

Denna avhandling baseras på fyra studier varav tre är simuleringsstudier och i en studie har data från Svensk Mjölk använts. I den första artikeln studerades ett avelsprogram där tjurmödrar selekteras i en speciell besättning som kallas kärnbesättning. Tjurmödrarna väljs ut bland de kor som har kalvat två gånger. För att förstärka urvalet för de funktionella egenskaperna fruktsamhet och juverhälsa användes utvidgade registreringar av dessa egenskaper. Ett exempel på en sådan extra registrering är progesteronvärdet i mjölken som beskriver kons ägglossning. Sex scenarion med varierande mängd information om kons egen prestation i mjölkproduktion, fruktsamhetsegenskaper och juverhälsa studerades i en statistisk analys. Resultaten visade att trots utvidgade registreringar av fruktsamhet och juverhälsa så tog mjölkproduktionen över, vilket resulterade i en genetisk försämring av fruktsamhet och juverhälsa. För att balansera selektionstrycket mellan olika egenskaper används ekonomiska vikter. De ekonomiska vikter som används för fruktsamhet och juverhälsa i dagens avelsprogram tycks vara för låga. De ekonomiska vikterna för tjurmödrar som skulle behövas för att förhindra en försämring av fruktsamhet och juverhälsa var betydligt högre än de som används idag. Den viktigaste slutsatsen var att urval av tjurmödrar i en kärnbesättning bara fungerar bra om högre ekonomisk vikt läggs på de funktionella egenskaperna. En genetisk försämring kan inte undvikas enbart med hjälp av utvidgade registreringar av funktionella egenskaper.

I den andra studien var huvudsyftet att studera de genetiska trenderna i funktionella egenskaper hos svenska SRB-kor i kokontrollen, för att se om de ogynnsamma genetiska förändringarna som skattades i första studien också är påtagliga i praktiken. Data från kokontrollen innehöll kvigdata och information från kornas tre första laktationer. Två olika modeller för att skatta de genetiska trenderna jämfördes. I den första modellen analyserades alla egenskaper som är med i avelsvärderingen (mjölkproduktion, fruktsamhetsegenskaper, juverhälsa och juverexteriör) samtidigt. I den andra modellen analyserades varje egenskapsgrupp för sig. Hypotesen var att modellen som har med alla egenskaper samtidigt ger en mer sann skattning av genetiska trender, eftersom den tar hänsyn till sambanden mellan egenskaperna. När olika egenskaper analyseras var för sig kommer inte de ogynnsamma sambanden mellan mjölkproduktion och funktionella egenskaper fram. Den genetiska trenden för egenskapen antal inseminationer per dräktighet var ogynnsam för kor och neutral för kvigor. Modellen med alla egenskaper visade på en större försämring än vad modellen med egenskapsgrupper gjorde. De genetiska trenderna för juverhälsa (klinisk mastit och celltal) samt antalet dagar mellan kalvning och första insemination var svagt ogynnsamma eller neutrala för kor och gynnsamma för avkommeprövade tjurar.

I studie III och IV studerades genetiska och ekonomiska möjligheter med ett avelsprogram som använder sig av genomisk avelsvärdering och specialiserade mätbesättningar för registrering av egenskaper som beskriver mjölkproduktionens miljöpåverkan. Olika egenskaper som skulle kunna registreras, så kallade indikatoregenskaper, användes i simuleringarna. I studien ingick sex olika indikatoregenskaper. Två egenskaper som registreras rutinmässigt i kokontrollen var kons hållbarhet (utslagen eller inte efter första laktationen) och kroppsstorlek (korshöjd). Två egenskaper som skulle kunna registreras i besättningar med mjölkrobot var kons vikt och metangasproduktion, den senare mätt i kons utandningsluft under mjölkningen. Två komplicerade egenskaper som bara skulle kunna registreras i speciella besättningar var metangas mätt i klimatkammare samt ett mått på foderutnyttjande. Varje scenario bestod av tre avelsmålsegenskaper (mjölkproduktion, funktionell egenskap och miljöpåverkan). I varje scenario mättes mjölkproduktion, en funktionell egenskap och en indikatoregenskap för miljöpåverkan. Utöver detta scenario med tre målegenskaper men utan någon indikatoregenskap för miljöpåverkan och ett scenario innehöll endast två målegenskaper, mjölkproduktion och funktionell egenskap. Det scenariot representerar det nuvarande avelsmålet som inte innehåller någon miljöegenskap. För mjölkproduktion och den funktionella egenskapen användes de ekonomiska vikter som används i den nordiska avelsvärderingen idag. Miljöpåverkan fick en negativ ekonomisk vikt (för minskad miljöpåverkan) som var lika stor som den ekonomiska vikten som användes för mjölkproduktion. De sanna genetiska sambanden mellan alla nya indikatoregenskaper och målegenskaperna är ännu inte kända. Därför simulerades både gynnsamma och ogynnsamma samband mellan olika egenskaper. Dessutom varierades säkerheten för de genomiska avelsvärdena för metangas mätt i klimatkammare, eftersom det idag är svårt att förutse hur säkra dessa avelsvärden skulle kunna bli. I studie III användes en så kallad stokastisk simulering, vilket innebär att en effekt av slumpen tas med i simuleringen och att utfallet i varje scenario simuleras många gånger. Det totala värdet av det årliga totala genetiska framsteget skattades i euro. Dessutom skattades det genetiska framsteget i var och en av målegenskaperna. Resultaten visade att det totala genetiska framsteget var högst i det scenario som använde hållbarhet som indikatoregenskap. Den genetiska förändringen i miljöpåverkan var gynnsam i alla scenarion (minskad miljöpåverkan), även i det scenario som efterliknade det nuvarande avelsmålet. Det genetiska framsteget miljöpåverkan var dock betydligt högre när miljöpåverkan var med i avelsmålet och sådana indikatoregenskaper som metangas mätt i mjölkrobot eller metangas mätt i klimatkammare användes.

I den fjärde studien simulerades samma scenarion som i studie III, men med ett deterministiskt datorprogram. I en deterministisk simulering ingår ingen slump utan resultaten beräknas enligt de formler som finns i simuleringsprogrammet. Syftet med studie IV var att utvärdera hur stort det ekonomiska utrymmet är för registrering av specifika indikatoregenskaper för miljöpåverkan. En nollpunktsanalys genomfördes för att räkna ut hur mycket pengar registreringen av en ny egenskap får kosta utan att underskrida vinsten i ett grundscenario där ingen indikatoregenskap för miljöpåverkan registreras. I detta grundscenario har alltså dagens avelsmål utökats med en ny målegenskap för minskad miljöpåverkan, men inga nya registreringar görs. Det ekonomiska utrymmet för registrering var störst i det scenario som innehöll metangas mätt i klimatkammare där genomiska avelsvärden med låg säkerhet användes. Ju färre registreringar som görs desto lägre blir säkerheten för det genomiska avelsvärdet. Med få registreringar kan varje registrering få kosta mer och därför var det ekonomiska utrymmet störst i detta scenario. Men eftersom det genetiska framsteget i miljöpåverkan var lågt är detta scenario inte ett bra alternativ. Betydligt mindre pengar per registrering kan spenderas på registrering av hållbarhet och korshöjd samt levande vikt och metangas mätt i mjölkrobot, eftersom dessa registreringar görs på många fler kor. I praktiken kräver hållbarhet och korshöjd inga nya investeringar för att bli registrerade. Scenariot med hållbarhet resulterade dessutom i ett stort genetiskt framsteg i miljöpåverkan. Hållbarhet verkar därför mycket lovande som indikatoregenskap i ett avelsarbete för minskad miljöpåverkan. Även metangas mätt i mjölkrobot kan vara en intressant indikatoregenskap. Det förutsätter dock att kostnaden för teknisk utrustning som mäter metangas i utandningsluft är rimliga. Ett viktigt resultat av studien är att referenspopulationens sammansättning spelar stor roll för om det är ekonomiskt lönsamt eller inte att börja registrera nya egenskaper. Det ekonomiska utrymmet för investeringar blir betydligt större när referenspopulationen består av genomiskt testade kor med egna registreringar på indikatoregenskapen jämfört med en referenspopulation som består av genomiskt testade tjurar vars döttrar har registreringar på indikatoregenskapen.

Series/Journal:Acta Universitatis agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2013
Volume:2013:43
Number of Pages:64
Papers/manuscripts:
NumberReferences
I.Hansen Axelsson, H., Johansson, K., Eriksson, S., Petersson, K.-J., Rydhmer, L., Philipsson, J. (2011). Selection of bull dams for production and functional traits in an open nucleus herd. Journal of Dairy Science 94:2592-2600.
II.Eriksson, S., Fikse, W.F., Hansen Axelsson, H., Johansson, K. Genetic trends for fertility in Swedish Red Cattle estimated with different models. (In manuscript).
III.Hansen Axelsson, H., Fikse, F., Kargo, M., Sørensen, A.C., Johansson, K., Rydhmer, L. (2013). Genomic selection using indicator traits to reduce the environmental impact of milk production. (Accepted to Journal of Dairy Science).
IV.Hansen Axelsson, H., Thomasen, J.R., Sørensen, A.C., Rydhmer, L., Kargo, M., Johansson, K., Fikse, W.F. Breakeven prices for the recording of indicator traits to reduce the environmental impact of milk production. (In manuscript).
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Institutionen för husdjursgenetik, Sveriges lantbruksuniversitet
ISBN for printed version:978-91-576-7825-6
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:L Animal production > L10 Animal genetics and breeding
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 402 Animal and Dairy Science > Animal and Dairy Science.
Agrovoc terms:dairy cows, breeds (animals), dams (mothers), animal breeding, breeding methods, genetic correlation, selection criteria, animal health, reproduction, milk production, environmental impact, simulation models
Keywords:Breeding program, genomic selection, functional traits, novel traits, environmental impact, breakeven price, dairy cow
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-1463
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-1463
ID Code:10438
Faculty:VH - Faculty of Veterinary Medicine and Animal Science
Department:(VH) > Dept. of Animal Breeding and Genetics
External funders:Stiftelsen Lantbruksforskning
Deposited By: Helen Hansen Axelsson
Deposited On:14 May 2013 11:38
Metadata Last Modified:14 Dec 2014 04:46

Repository Staff Only: item control page

Based on web server activity logs, updated nightly.

Number of visitshttp://pub.epsilon.slu.se/10438/1646
Number of downloadshttp://pub.epsilon.slu.se/10438/1/hansen%20axelsson_h_130513.pdf2084