Towards preventive health management in native dual-purpose cattle via novel breeding strategies

This contribution reflects the major scientific objectives of the collaborative EU-project 2-ORG-COWS. The objective of the project is to provide an in-depth evaluation of novel functional traits and associated environmental descriptors as a prerequisite: (a) for the implementation of breeding strategies for local dual purpose cattle kept in grassland systems; and (b) for preventive livestock health management

In Richtung eines präventiven Gesundheitsmanagements für heimische Zweinutzungsrinder in ökologischen Weideproduktionssystemen mittels neuartiger Zuchtstrategien auf Basis von innovativen Datenerfassungssystemen

Das Forschungsvorhaben 2-Org-Cows sollte aufzeigen, dass auch in bedrohten Rassen zielgerichtete Zuchtarbeit und somit eine Verbesserung der funktionalen Merkmale (Parasitenresistenz, Eutergesundheit, Wiederkäu-, Fress-, Schlaf-, Aktivitäts-Verhalten) möglich ist. Eine effiziente Züchtung impliziert die Durchführung einer Zuchtwertschätzung im BLUP-Tiermodell. Zuchtwertschätzung wiederum ist nur möglich, wenn für die jeweiligen Merkmale hinreichende Erblichkeiten, insbesondere genetische Varianzen, vorliegen. Wesentlich war somit die Installation des Sensorsystems, welches durch eine Vielzahl wiederholter Messungen die Schätzung genetischer Parameter für neue Verhaltensmerkmale ermöglichte. In der doch kleinen Population der bedrohten DSN zeigte sich, dass ein ökologisches Zuchtprogramm auf Grund der variablen Kosten zu bevorzugen ist. Zucht in kleinen bedrohten Populationen impliziert zusätzliche Herausforderungen bzgl. des Managements von Inzucht zur Erhaltung genetischer Diversität. Kennzahlen umfangreicher genealogischen Studien haben hier deutlich den bedrohten Rassestatus aufgezeigt. Umfangreich durchgeführte Schätzungen genetischer Parameter und genetischer Korrelationen im selben Merkmal für Testtagsleistungen waren ebenfalls von großer Bedeutung. So konnte gezeigt werden, dass die DSN-Zucht von Genotyp-Umwelt-Interaktionen geprägt ist und abhängig vom Betriebsmanagement und der Umwelt gezielt DSN-Bullen auszuwählen sind. Als eine deutliche Innovation im Projekt wurde der gewählte multi-breed GWAS-Ansatz, unter Verwendung elektronisch gemessener Sensormerkmale (Wiederkäu-, Fress-, Schlaf-, Aktivitäts-, hochaktivem Verhalten), angesehen. Dieses Verfahren wurde bis jetzt nur für Milchleistungsdaten angewendet, jedoch noch nicht für bovine Verhaltensmerkmale. Die Identifizierung signifikanter SNPs und damit assoziierter potenzieller Kandidatengene implizieren kausale genetische Zusammenhänge, die auf Basis eines größeren Datenvolumens unbedingt vertieft und geprüft werden sollten. In Folgeprojekten sollten somit weitere Ansätze erarbeitet werden, um Assoziationen zwischen Merkmalsausprägung, Betriebscharakteristika und Umwelten zu identifizieren

Nachkommenvergleich von HF-Bullen unterschiedlicher Populationen in Weidebetrieben im Zeitraum 2010 – 2021

Die Zuchtwerte der auf Weidebetrieben in Deutschland mittels künstlicher Besamung eingesetzten Bullen basieren seit Jahrzehnten auf Töchterleistungen mit relativ wenig oder keinem Weidegang, aber vergleichsweise hohen Kraftfuttereinsatz (High input system). Neuseeländische HF- Bullen (NZ) dagegen sind speziell für die Anforderungen in Weidebetrieben (insbesondere geringer Kraftfuttereinsatz) gezüchtet worden (Low input system). In mehreren Weideversuchen zeigte beim direkten Vergleich die neuseeländische Genetik Vorteile gegenüber der europäischen Genetik: bessere Fruchtbarkeit, bessere Flächeneffizienz, bessere Wirtschaftlichkeit und bei saisonaler Abkalbung auch bessere Stickstoffeffizienz. Ziel des 12-jährigen Projektes ist der direkte Vergleich von 2 Zuchtrichtungen der Holstein Friesen auf weidebetonten Betrieben unter unterschiedlichen Standort- und Haltungsbedingungen in Deutschland und Österreich

Microsatellite length polymorphisms associated with dispersal-related agonistic onset in male wild house mice ( Mus musculus domesticus )

Dispersal propensity, reflecting one of the most decisive mammalian life history traits, has been suggested to vary heritably and to locally adapt to prevailing dispersal conditions in wild house mouse populations. Because individual dispersal propensity highly significantly covaries with the developmental timing of the onset of agonistic interactions between littermate brothers, we used agonistic onset as an endophenotype to explore the potential genetic basis of dispersal-related behavioral variation in male house mice. We found significant covariation of microsatellite marker compositions with the probability of fraternal pairs to exhibit agonistic relationships before the age of 2months. In particular, the presence of two alleles associated with a serotonin transporter protein gene (Slc6a4) and a testosterone dehydrogenase gene (Cyp3a11), respectively, strongly covaried with the probability of early agonistic onset. These results are congruent with recent findings of microsatellite length polymorphisms marking regulatory variation of gene expression that is relevant for social behavior, including dispersal propensity development, in other mammals. Genetic variability for ontogenetic timing of agonistic onset would be in agreement with genotypic differentiation of the dispersive behavioral syndrome in natural populations that could lead to local adaptatio

Genome-wide associations and detection of potential candidate genes for direct genetic and maternal genetic effects influencing dairy cattle body weight at different ages

International audienceBackground: Body weight (BW) at different ages are of increasing importance in dairy cattle breeding schemes, because of their strong correlation with energy efficiency traits, and their impact on cow health, longevity and farm economy. In total, 15,921 dairy cattle from 56 large-scale test-herds with BW records were genotyped for 45,613 single nucleotide polymorphisms (SNPs). This dataset was used for genome-wide association studies (GWAS), in order to localize potential candidate genes for direct and maternal genetic effects on BW recorded at birth (BW0), at 2 to 3 months of age (BW23), and at 13 to 14 months of age (BW1314). Results: The first 20 principal components (PC) of the genomic relationship matrix ( G ) grouped the genotyped cattle into three clusters. In the statistical models used for GWAS, correction for population structure was done by including polygenic effects with various genetic similarity matrices, such as the pedigree-based relationship matrix ( A ), the G -matrix, the reduced G-matrix LOCO (i.e. exclusion of the chromosome on which the candidate SNP is located), and LOCO plus chromosome-wide PC. Inflation factors for direct genetic effects using A and LOCO were larger than 1.17. For G and LOCO plus chromosome-wide PC, inflation factors were very close to 1.0. According to Bonferroni correc-tion, ten, two and seven significant SNPs were detected for the direct genetic effect on BW0, BW23, and BW1314, respectively. Seventy-six candidate genes contributed to direct genetic effects on BW with four involved in growth and developmental processes: FGF6, FGF23, TNNT3, and OMD. For maternal genetic effects on BW0, only three signifi-cant SNPs (according to Bonferroni correction), and four potential candidate genes, were identified. The most signifi-cant SNP on chromosome 19 explained only 0.14% of the maternal de-regressed proof variance for BW0.Conclusions: For correction of population structure in GWAS, we suggest a statistical model that considers LOCO plus chromosome-wide PC. Regarding direct genetic effects, several SNPs had a significant effect on BW at different ages, and only two SNPs on chromosome 5 had a significant effect on all three BW traits. Thus, different potential candidate genes regulate BW at different ages. Maternal genetic effects followed an infinitesimal model

Betriebscharakterisierung zur Optimierung der Zuchtwertschätzung insbesondere in kleinen Populationen

Ziel dieser Arbeit war es basierend auf Betriebscharakterisierungen Betriebstypen zu identifizieren, welche in späteren Untersuchungen genutzt werden sollen, um den allgemeingültigen Betriebseffekt durch einen "Betriebstypeneffekt" im Zuchtwertschätzmodell zu ersetzen, mit dem Ziel die Sicherheit der Zuchtwerte zu erhöhen. Die Charakterisierung beinhaltete Merkmale zu Betrieb, Stall, Weide, Herdenmanagement, Fütterung, Nachzucht, Fruchtbarkeitsmanagement, den verfügbaren Arbeitskräften und dem Tagesablauf sowie detaillierte Informationen zum Herdenmanager (Bildungsstand, Weiterbildung, etc.). Insgesamt wurden 20 DSN- und 9 HF-Betriebe analysiert

Entwicklung und Implementierung eines Zuchtkonzeptes zur Produktion von Jungsauen zur Eigenremontierung und zum Verkauf im ökologischen Landbau

Ziel der Studie war die Implementierung eines praktikablen Systems zur Erfassung von Wurfqualitätsmerkmalen beim Schwein in partizipierenden ökologischen Betrieben, um darauf basierend eine Zuchtwertschätzung durchführen zu können. Die ausgewählten Wurfqualitätsmerkmale waren das Geburtsgewicht der Ferkel (GG), Wurfausgeglichenheit (WA) und Ferkelvitalität (FV), bonitiert auf einer eigens entwickelten Skala von 1 bis 4 (4 = Optimalwert). Weiteres erfasstes Merkmal waren die Anzahl lebend geborener Ferkel (LGF). In univariaten und bivariaten Rechenläufen wurden genetische Parameter geschätzt. Die Erblichkeiten waren 0,09 für WA, 0,14 für FV und 0,21 für GG. Die genetischen Beziehungen (Korrelationen) zwischen den Wurfqualitätsmerkmalen waren züchterisch positiv (gewünscht) und betrugen 0,90 zwischen WA und GG sowie zwischen WA und FV und 0,75 zwischen GG und FV. Alle Wurfqualitätsmerkmale waren unerwünscht korreliert mit LGF. Die geschätzten genetischen Parameter waren Inputparameter in den folgenden Zuchtplanungsrechnungen. Ziel war die Identifizierung eines optimalen ökologischen Zuchtschematas für Betriebe mit Eigenremontierung ihrer Jungsauen. Im „desired gain“ Ansatz wurden die Zuchtzielmerkmale so gewählt, dass der Wert für LGF konstant bleibt, aber Zuchtfortschritt in den Wurfqualitätsmerkmalen maximiert wird. Diese Vorgehensweise reflektiert auch den Wunsch der ökologisch ausgerichteten Züchter. Im optimalen Zuchtszenario ist es erforderlich, die vier Zuchtzielmerkmale des Selektionskandidaten von zwei Würfen zu erfassen. Zum gleichen Zeitpunkt liegt die Information der Mutter und von 10 Halbgeschwistern vor, die in der Zuchtwertschätzung berücksichtigt werden sollten. Die optimalen ökonomischen Gewichte waren dabei 7,50 € für LGF und 20 € für die Wurfqualitätsmerkmale. Die Genauigkeit der Zuchtwertschätzung war in diesem Szenario recht hoch mit 0,60. Das Generationsintervall umfasste 2,80 Jahre und der Zuchtfortschritt war 0,04 Punkte je Generation für alle Wurfqualitätsmerkmale. Wir implementierten die Zuchtwertschätzung direkt in den Betrieben, um die Selektion der Jungsauen zeitnah durchführend zu können. Dazu wurden auch Sauen-Toplisten generiert. Zusätzlich wurden im Projekt genetische Parameter und Zuchtwerte für funktionales Exterieur und Langlebigkeit der Sau (Stayability) geschätzt. Von den Exterieurmerkmalen war die Klauenqualität das Merkmal, das sehr eng korreliert war mit FV und auch mit Stayability. Final wurden auch die Exterieurmerkmale in der umfassenden Zuchtplanung mit deterministischen Modellen berücksichtigt. Der optimale ökologische Gesamtzuchtwert umfasste Exterieur mit einer Gewichtung von 18%, LGF mit 9,1% und Wurfqualität mit 72,9%. Dieser Gesamtzuchtwert maximierte die Evaluierungskriterien (diskontierten Gewinn, diskontierten Erlös, diskontierten Zuchtfortschritt)

Breed comparisons and genetic parameters regarding dairy cattle health and welfare in pasture based production systems

Extract from attached abstract: ... results from the present study do not justify general utilization of HF sires from NZL to improve productivity and functional traits in grassland systems in Germany. Heterogeneous results were found with e.g. advantages for NZL_HF regarding health composites of feet and legs, but in contrast impaired udder health. The broad pool of German Holstein sires should be used to select specific sires for distinct environments and breeding goals, e.g. HF_DEU_P for grassland systems. Furthermore, the present study revealed genetic background for traits that are generally related to cattle husbandry and farm management, e.g. the welfare indicator THS

Examining trade-offs between social, psychological, and energy potential of urban form

Urban planners are often challenged with the task of developing design solutions which must meet multiple, and often contradictory, criteria. In this paper, we investigated the trade-offs between social, psychological, and energy potential of the fundamental elements of urban form: the street network and the building massing. Since formal methods to evaluate urban form from the psychological and social point of view are not readily available, we developed a methodological framework to quantify these criteria as the first contribution in this paper. To evaluate the psychological potential, we conducted a three-tiered empirical study starting from real world environments and then abstracting them to virtual environments. In each context, the implicit (physiological) response and explicit (subjective) response of pedestrians were measured. To quantify the social potential, we developed a street network centrality-based measure of social accessibility. For the energy potential, we created an energy model to analyze the impact of pure geometric form on the energy demand of the building stock. The second contribution of this work is a method to identify distinct clusters of urban form and, for each, explore the trade-offs between the select design criteria. We applied this method to two case studies identifying nine types of urban form and their respective potential trade-offs, which are directly applicable for the assessment of strategic decisions regarding urban form during the early planning stages

Genotypenvergleich im Hinblick auf Merkmale des Wohl-befindens in Milchviehbetrieben mit Schwerpunkt Weidehaltung

Parts of the herds of several pasture-based dairy farms mainly located in North-western Germany are inseminated with two strains of Holstein-Friesian genetics (New Zealand vs. others) for a comparison of traits reflecting health and welfare. Daughters of NZ bulls tend to be less dirty, healthier with regard to feet and legs, and less sensitive to losses in body condition. Further investigations will include cow and herd specific factors as a basis for comparisons including economically important production and functional traits of ongoing lactations and generations