Reliability of breeding values for feed intake and feed efficiency traits in dairy cattle: When dry matter intake recordings are sparse under different scenarios

In Press, Corrected Proof201

Lypsylehmien muuntokelpoisen energian saannin mallinnus rehuhyötysuhdeominaisuuksien kehittämistä varten

201

Genetic parameters for cow-specific digestibility predicted by near infrared reflectance spectroscopy

Digestibility traits included in this study were dry matter digestibility (DMD, g/kg), which was calculated based on the indigestible neutral detergent fibre (iNDF, g/kg of dry matter) content in faeces (iNDFf) and in diet (iNDFd), and iNDFf predicted directly from faecal samples by near infrared reflectance spectroscopy (NIRS). The data set was collected at three research herds in Finland and one in Norway including in total 931 records from 328 lactating Nordic Red Cattle and Holstein cows. Observations were associated with different accuracy, due to the differences in sampling protocols used for collecting faecal samples. Heritability estimates varied between different sampling protocols and ranged from 0.14 ± 0.06 to 0.51 ± 0.24 for DMD and from 0.13 ± 0.05 to 0.48 ± 0.18 for iNDFf. Estimated genetic standard deviations were 10.5 g/kg and 6.2 g/kg dry matter for DMD and iNDFf, respectively. Results of our study indicated that recording only the iNDF content in the faeces is sufficient to determine genetic variation in cows’ ability to digest feed. The coefficient of genetic variation for DMD was rather small (1.7%), but could be utilized if it is supported by a positive analysis of benefits over costs.Peer reviewe

Breeding Dairy Cattle for Resource Efficiency and Environmental Sustainability : Final report of the A++COW -project (2019-2023)

Cows consuming less feed than average of the population for a given level of production and body weight are considered as resource and feed efficient. The main aim of the A++Cow project, conducted during 2019 and 2023, was to develop tools to improve the feed efficiency of dairy cows through animal breeding, to increase knowledge on the genetic background of these traits and thereby improve the environmental and economic sustainability of dairy production. The development of reliable genomic breeding values for the Nordic dairy population is essential to achieve this goal. Therefore, the four main objectives of the A++Cow project were to 1) advance the development of novel phenotypes of feed efficiency, 2) model feed efficiency traits for Maintenance, Metabolic Efficiency and Metabolic Resilience breeding objectives, 3) develop single-step genomic prediction models for Nordic dairy cattle, and 4) assess the economic and environmental benefits, and disseminate the feed efficiency breeding indices. During the project data were collected from dairy cows at Luke Jokioinen research farm on i.e., feed intakes, milk production and composition, body weights and blood NEFA and BHB levels. When combining the data with the data collected in previous studies, the total data set included 148 715 feed efficiency records from 828 primiparous Nordic Red Dairy cattle cows. The first Saved Feed index was published in 2019 and the index was included into the Nordic Total Merit index in 2020. Based on the results of A++Cow project, the new single-step genomic prediction model of Maintenance, where carcass weight was included in the model, resulted in higher validation reliability and better predictive ability compared with traditional BLUP approach. Current genetic trend in metabolic body weight (MBW) appeared to be somewhat underestimated in all breeds and the new model corrected the genetic trend of MBW. The reliability of the Metabolic Efficiency genomic predictions has been rather low. This could be improved by switching to a model based on regression on expected feed intake (ReFI) that has been developed during the project and which has a better ability to describe the metabolic efficiency of a cow. In addition, more feed intake records are needed. CFIT 3D-camera imaging could offer a technological solution for recording feed intake on-farms. The accuracy of measuring feed intake by CFIT 3D-cameras was studied in the project and a correlation of 0.71 was found between the average feed intake of 4 to 7 days assessed by CFIT 3D-camera and the average feed intake measured by scales. This is a reasonable correlation, and the technology and algorithms can be further developed in future. The project assessed animal breeding as highly relevant to improve the sustainability of dairy production – a 10% improvement in resource efficiency would reduce the carbon footprint by 8% and reduce eutrophication impacts by 10%. In addition, the economic impact is significant, and we found that by including two feed efficiency traits, MBW for Maintenance and ReFI for Metabolic Efficiency, into a selection index with production traits and fertility, improved the total economic gain about 30 %. In addition, the welfare of the cows in early lactation can now be considered through the prediction of blood NEFA and BHB levels from the milk MIR spectral readings. The coefficients of determination were 0.53 and 0.63 for NEFA and BHB, respectively, indicating that the prediction models perform well for both animal breeding and herd management purposes

Luken visio suomalaisesta eläintuotannosta ja sen tutkimuksesta vuoteen 2040

Suomalaisen eläintuotannon ja sen tutkimuksen tulevaisuuden visio vuoteen 2040 tehtiin vuosina 2021 ja 2022 Luken Ruokavisio 2040 -työn ohessa. Visio pohjautuu Luken tutkijoiden, asiantuntijoiden ja professorien keskustelutilaisuuksiin ja työpajoihin, sidosryhmäkeskusteluihin, kirjallisuuteen ja tutkimustuloksiin. Luken vision mukaan vuonna 2040 eläintuotanto on 1) osa ravitsevaa, terveellistä ja turvallista ruokavaliota, 2) osa omavaraista ja huoltovarmaa ruoantuotantoa, 3) kiertotalouteen perustuvaa, 4) ilmasto- ja ympäristökestävää, 5) biodiversiteettiä lisäävää, 6) kannattavaa ja kilpailukykyistä, 7) eläinten hyvinvoinnin ja eläinterveyden kattavasti huomioivaa, sekä 8) hyväksyttävää ja vastuullista. Tutkimuksen tuottama tieto ja ratkaisut sekä paikallisesti että globaalisti auttavat koko elinkeinoa saavuttamaan nämä tavoitteet. Visiossa on nostettu esille myös tulevaisuuden tutkimusaiheita tutkimusalakohtaisesti ja lisäksi hahmotettu seitsemän tulevaisuuden merkittävintä tutkimuskysymystä, joiden ratkaisemiseksi tarvitaan pitkäjänteistä ja poikkitieteellistä tutkimusta. Vision muodostamista varten tunnistettiin kattavasti eläintuotannossa viime vuosikymmenten aikana tapahtuneita toimintaympäristön muutoksia. Muutoksia on tapahtunut muun muassa ruoan kysynnässä ja kulutuksessa, ilmastossa ja ympäristössä, omavaraisuuden merkityksessä, vientimahdollisuuksissa ja maatalouden rakenteessa. Näiden lisäksi pohdintaan on nostettu niin sanottuja entä jos -kysymyksiä, herättelemään ajatuksia mahdollisista radikaaleistakin muutoksista tulevaisuudessa. Tutkimusprojektien ja rahoituksen suunnitelmallisuus vaatii lyhyen ja pitkän aikavälin yhteistä näkemystä Luken sisällä ja tätä varten nyt kehitetty visio on hyödynnettävissä

Genetics of novel feed efficiency and related traits in Nordic dairy cattle

Improving the feed efficiency of dairy cows improves both the economic and environmental sustainability of milk production. However, feed efficiency is a complex trait affected by several factors. It is influenced by the genetic ability and physiological state of the cow, along with diet, management and other environmental factors. This complexity is a challenge when defining and measuring feed efficiency traits. In addition, easy, cheap and accurate techniques for on-farm measuring of feed intake, body weight and energy status of cows have been lacking. The overall aim of this thesis was to develop new recording methods for feed efficiency traits and explore the genetic background of feed efficiency in dairy cows. In particular, the main goals were to develop simple, practical and novel methods for measuring both cow-specific diet digestibility and energy status on farms, develop models for overall and partial metabolisable energy efficiency, and assess the genetic background in all these traits. The data used were collected from research farms in Finland and Norway. In addition, fertility, milk recording and infrared spectral data from Finland were used. The results indicated that near-infrared reflectance spectroscopy can be used to assess cow-specific diet digestibility from faecal samples. The coefficient of genetic variation for diet digestibility was rather small but could be utilised if improving diet digestibility pays off the costs of sample collection and processing. Nonetheless, every unit improvement in diet digestibility corresponds to proportionally the same amount of savings in feed requirements and thus may become of significant interest in the future. In this thesis two new feed efficiency traits were explored. These traits allowed more accurate modelling, and may be utilised in the prediction of breeding values in the future. The results indicated that some genetic variation may exist in the efficiency of using metabolisable energy for milk production, maintenance and growth in dairy cows. The concentration of non-esterified fatty acid (NEFA) in blood increases, when a cow is in negative energy status, and thus NEFA can be used as an indicator for energy status. In this thesis prediction equations for blood NEFA concentration were developed. Predicted NEFA was based on the mid-infrared reflectance spectroscopy of milk samples. The results indicated that predicted NEFA and four other energy status indicator traits were moderately heritable during the first three months of lactation. Moderate genetic correlations were found between energy status indicators and the fertility trait, the interval from calving to first insemination, in the first month of lactation, indicating an unfavourable relationship between energy status indicators and fertility. The results of this thesis provide information needed for genetic improvement of feed efficiency in dairy cows and may be utilised on farms in dairy cow nutrition and management.Lypsylehmien rehunkäyttökykyä halutaan parantaa entisestään, koska se lisää maidontuotannon kannattavuutta ja ympäristöystävällisyyttä. Rehunkäyttökykyyn vaikuttavat useat tekijät; lehmän koko ja energian tarve ylläpitoa varten, maidontuotantopotentiaali ja syöntikyky. Tämä monimutkainen järjestelmä ohjautuu perinnöllisten, ravitsemuksellisten, hoidollisten ja muiden ympäristötekijöiden mukaisesti eri tavoin eri lypsykauden vaiheissa. Rehunkäyttökyvyn moniulotteisuus on tuo haasteita ominaisuuksien määrittelyyn ja mittaamiseen. Lisäksi useat tekniset ratkaisut esimerkiksi laajamittaiseen rehunsyönti-, paino- ja energiatasetietojen keräämiseen ovat puuttuneet. Tässä väitöskirjassa kehitettiin uusia fenotyyppejä lehmäkohtaisen sulavuuden ja energiastatuksen ennustamiseen, sekä uusi mallinnustapa muuntokelpoisen energiatehokkuuden osittamiseen. Lisäksi tutkittiin kaikkien näiden uusien ominaisuuksien perinnöllistä taustaa. Tutkimusaineisto oli kerätty tutkimuskarjoista Suomessa ja Norjassa. Lisäksi käytettiin suomalaisia hedelmällisyys-, sekä maidon tuotosseuranta- ja infrapunaspektriaineistoja. Tulokset osoittivat, että lähialueen infrapunaspektroskopiaa voidaan käyttää, kun arvioidaan lehmäkohtaista rehun sulavuutta sontanäytteistä. Perinnöllinen vaihtelu sulavuudessa oli pientä, mutta sitä voidaan hyödyntää, mikäli jalostuksen tuoma hyöty ovat näytteiden keräämisen ja käsittelyn kustannuksia suurempi. Jokainen yksikkö parannusta rehun sulavuudessa vastaa säästöjä rehuntarpeessa, joten sulavuuden parantaminen voi tulevaisuudessa olla merkittävä kiinnostuksen kohde. Lisäksi väitöskirjassa kehitettiin kaksi uutta rehunkäyttökykyominaisuutta. Näiden ominaisuuksien avulla lehmien rehunkäyttökykyä voidaan mallintaa paremmin, mitä voidaan hyödyntää jalostusarvojen ennustamisessa. Tulosten mukaan lehmien välillä oli eroja siinä, miten tehokkaasti ne käyttävät muuntokelpoisen energian maidontuotantoon, ylläpitoon ja kasvuun. Veren vapaiden rasvahappojen (non-esterified fatty acid, NEFA) pitoisuus kasvaa, kun lehmä on negatiivisessa energiastatuksessa, ja näin ollen NEFA:a voidaan pitää energiataseen indikaattorina. Tutkimuksessa veren NEFA-pitoisuus ennustettiin maitonäytteistä keskialueen infrapunaspektroskopiaa käyttäen. Tutkimuksen tulokset osoittivat, että sekä ennustettu NEFA että neljä muuta energiastatusindikaattoria olivat kohtalaisen perinnöllisiä lypsykauden kolmen ensimmäisen kuukauden aikana. Energiastatusindikaattoreiden ja hedelmällisyyden välillä lypsykauden ensimmäisen kuukauden aikana löytyi kohtalainen perinnöllinen korrelaatio, mikä osoittaa indikaattoreiden ja hedelmällisyyden välisen epäsuotuisan yhteyden. Tämä väitöskirja tuotti käytännöllistä tietoa ja uusia työkaluja hyödynnettäväksi lypsykarjan jalostusohjelmassa sekä lehmien ruokinnassa ja hoidossa

Ratkaisevinta on sonnien määrä

vo

Rehunkäyttökykyä on mahdollista jalostaa

201

Reliability of breeding values for feed efficiency traits under different intake recording scenarios

Abstrakti201