Dissertationenhttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/20150707487282024-03-19T09:15:38Z2024-03-19T09:15:38ZDesigning Breeding Programs For Improving Milk Yield Performance Of Indigenous Genous Dairy Cattle In SudanOmer, Elhady Abaker Mohammedhttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/142532022-11-18T11:11:53Z2022-01-01T00:00:00ZThe overall aim of the present study was to design appropriate breeding programs for the sustainable improvement of Butana cattle in Sudan. Four studies were conducted, beginning with a comprehensive review of literature on indigenous dairy cattle breeding strategies in sub-Saharan Africa with a focus on the factors that contribute to their success or failure. It showed that crossbreeding of indigenous breeds with exotic breeds has been widely used for genetic improvement, but it largely failed under low-input traditional production conditions due to harsh environments and poor management. Mostly, within-breed selection practices have been carried out in centralized breeding schemes controlled by state institutions, with a minimum participation of farmers. A second study was conducted to evaluate the performance of the Butana herd in a research station in order to determine the progress made over five decades of selection, from 1961 to 2010. The results showed a significant increase in milk yield from 1209 kg/lactation between 1961 and 1970 to 1689 kg between 2001 and 2010. The age at first calving significantly decreased from 55.6 months to 45.9 months between 2001 and 2010. With the currently reduced age at first calving as well as the large variation in lactation milk yield, intensive selection for rapid genetic progress in milk yield might be feasible. In the third study, an investigation of the production conditions of Butana cattle was conducted using a survey approach with 202 farmers across 17 villages. The analysis showed that the majority (65.3%) of farmers owned between 1 and 11 cattle heads per farm, and all of them relied on milk production for generating cash income or home consumption. Over 98% of farmers were willing to exchange information, and about 67% were willing to exchange breeding bulls and establish farmers’ associations as relevant aspects for future breed improvement, which could be useful for the establishment of a community-based breeding program. In the final study, the survey findings were used to simulate three breeding programs for future genetic improvement of Butana cattle, including the use of farm bulls, the use of village bulls, and the rotational use of village bulls within village groups using stochastic simulation. The results showed that the village bull breeding program with selection based on EBV of young bulls is the most promising breeding design for achieving the breeding goal, which could be recommended for future improvement of Butana cattle.; Das übergeordnete Ziel dieser Dissertation war die Entwicklung Zuchtprogramme zur nachhaltigen Verbesserung lokaler Milchviehrassen im Sudan. Dafür wurden im Rahmen der Arbeit vier Untersuchungen durchgeführt, beginnend mit einer umfassenden Literaturrecherche über Zuchtstrategien für lokale Milchviehrassen in Afrika südlich der Sahara. Aus der ausgewerteten Literatur geht hervor, dass die Kreuzung lokaler Rassen mit exotischen Rassen im großen Umfang zur Leistungssteigerung eingesetzt wurde, aber unter den traditionellen Produktionsbedingungen aufgrund von unpassenden Genotypen, rauen Umweltbedingungen und schlechtem Management weitgehend gescheitert ist. Die meisten Strategien zur Selektion innerhalb der Rasse wurden in staatlichen, von der Regierung kontrollierten Zuchtprogrammen mit minimaler Beteiligung der Kleinbauern durchgeführt. In einer zweiten Studie wurde die Leistung einer Butana-Herde in einer von der Regierung verwalteten Forschungsstation bewertet und die Zuchtfortschritte ermittelt, die zwischen 1961 bis 2010, in fünf Jahrzehnten der Selektion erzielt wurden. Die Ergebnisse zeigten einen deutlichen Anstieg der Milchleistung von 1209 kg zwischen 1961 und 1970 auf 1689 kg pro Laktation zwischen 2001 und 2010. Das Erst-kalbealter sank zwischen 2001 und 2010 von 55,6 Monaten auf 45,9 Monate. Angesichts des derzeit niedrigeren Erstkalbealters und der großen Unterschiede in der Laktationsleistung könnte eine intensive Selektion einen genetischen Fortschritt bei der Milchleistung ermöglichen. Eine dritte Studie wurde mit 202 Landwirten in 17 Dörfern durchgeführt, um die Produktionsbedingungen der Butana-Rinder, die Produktionsziele der Landwirte, die Produktionsbeschränkungen, die Zucht- und Haltungspraktiken sowie die Durchführbarkeit eines gemeindebasierten Zuchtprogramms für die Rasse mit Hilfe eines Umfrageansatzes zu untersuchen. Es wurde festgestellt, dass die Mehrheit (65,3%) der Landwirte zwischen 1 und 11 Rinder pro Betrieb besaß. Als Hauptgrund für die Haltung von Butana-Rindern wurde mehrheitlich die Milchproduktion zur Erzielung von Bargeldeinnahmen oder für den Eigenverbrauch angegeben, wobei die Milchleistung, gefolgt von der Wachstumsleistung, und der Laktationsdauer, als wichtigste zukünftige Selektionsmerkmale angegeben wurden. Über 98% der Landwirte waren bereit, Informationen auszutauschen, und etwa 67% waren bereit, Zuchtbullen auszutauschen und Bauernverbände zu gründen, was für die künftige Optimierung der Rasse von Bedeutung ist und für die Einrichtung eines gemeindebasierten Zuchtprogramms nützlich sein könnte. In der abschließenden Studie wurden die Ergebnisse der Umfrage genutzt, drei Zuchtprogramme für die zukünftige genetische Verbesserung von Butana-Rindern, darunter der Einsatz von Farmbullen, der Einsatz von Dorfbullen und der rotierende Einsatz von Dorfbullen innerhalb von Dorfgruppen, mit dem stochastischen Simulationsprogramm AlphaSimR modelliert. Das Dorfbullen-Zuchtprogramm mit der EBV-basierten Selektion von Jungbullen ist das vielversprechendste Zuchtdesign zur Erreichung der Zuchtziele.
2022-01-01T00:00:00ZOmer, Elhady Abaker MohammedThe overall aim of the present study was to design appropriate breeding programs for the sustainable improvement of Butana cattle in Sudan. Four studies were conducted, beginning with a comprehensive review of literature on indigenous dairy cattle breeding strategies in sub-Saharan Africa with a focus on the factors that contribute to their success or failure. It showed that crossbreeding of indigenous breeds with exotic breeds has been widely used for genetic improvement, but it largely failed under low-input traditional production conditions due to harsh environments and poor management. Mostly, within-breed selection practices have been carried out in centralized breeding schemes controlled by state institutions, with a minimum participation of farmers. A second study was conducted to evaluate the performance of the Butana herd in a research station in order to determine the progress made over five decades of selection, from 1961 to 2010. The results showed a significant increase in milk yield from 1209 kg/lactation between 1961 and 1970 to 1689 kg between 2001 and 2010. The age at first calving significantly decreased from 55.6 months to 45.9 months between 2001 and 2010. With the currently reduced age at first calving as well as the large variation in lactation milk yield, intensive selection for rapid genetic progress in milk yield might be feasible. In the third study, an investigation of the production conditions of Butana cattle was conducted using a survey approach with 202 farmers across 17 villages. The analysis showed that the majority (65.3%) of farmers owned between 1 and 11 cattle heads per farm, and all of them relied on milk production for generating cash income or home consumption. Over 98% of farmers were willing to exchange information, and about 67% were willing to exchange breeding bulls and establish farmers’ associations as relevant aspects for future breed improvement, which could be useful for the establishment of a community-based breeding program. In the final study, the survey findings were used to simulate three breeding programs for future genetic improvement of Butana cattle, including the use of farm bulls, the use of village bulls, and the rotational use of village bulls within village groups using stochastic simulation. The results showed that the village bull breeding program with selection based on EBV of young bulls is the most promising breeding design for achieving the breeding goal, which could be recommended for future improvement of Butana cattle.
Das übergeordnete Ziel dieser Dissertation war die Entwicklung Zuchtprogramme zur nachhaltigen Verbesserung lokaler Milchviehrassen im Sudan. Dafür wurden im Rahmen der Arbeit vier Untersuchungen durchgeführt, beginnend mit einer umfassenden Literaturrecherche über Zuchtstrategien für lokale Milchviehrassen in Afrika südlich der Sahara. Aus der ausgewerteten Literatur geht hervor, dass die Kreuzung lokaler Rassen mit exotischen Rassen im großen Umfang zur Leistungssteigerung eingesetzt wurde, aber unter den traditionellen Produktionsbedingungen aufgrund von unpassenden Genotypen, rauen Umweltbedingungen und schlechtem Management weitgehend gescheitert ist. Die meisten Strategien zur Selektion innerhalb der Rasse wurden in staatlichen, von der Regierung kontrollierten Zuchtprogrammen mit minimaler Beteiligung der Kleinbauern durchgeführt. In einer zweiten Studie wurde die Leistung einer Butana-Herde in einer von der Regierung verwalteten Forschungsstation bewertet und die Zuchtfortschritte ermittelt, die zwischen 1961 bis 2010, in fünf Jahrzehnten der Selektion erzielt wurden. Die Ergebnisse zeigten einen deutlichen Anstieg der Milchleistung von 1209 kg zwischen 1961 und 1970 auf 1689 kg pro Laktation zwischen 2001 und 2010. Das Erst-kalbealter sank zwischen 2001 und 2010 von 55,6 Monaten auf 45,9 Monate. Angesichts des derzeit niedrigeren Erstkalbealters und der großen Unterschiede in der Laktationsleistung könnte eine intensive Selektion einen genetischen Fortschritt bei der Milchleistung ermöglichen. Eine dritte Studie wurde mit 202 Landwirten in 17 Dörfern durchgeführt, um die Produktionsbedingungen der Butana-Rinder, die Produktionsziele der Landwirte, die Produktionsbeschränkungen, die Zucht- und Haltungspraktiken sowie die Durchführbarkeit eines gemeindebasierten Zuchtprogramms für die Rasse mit Hilfe eines Umfrageansatzes zu untersuchen. Es wurde festgestellt, dass die Mehrheit (65,3%) der Landwirte zwischen 1 und 11 Rinder pro Betrieb besaß. Als Hauptgrund für die Haltung von Butana-Rindern wurde mehrheitlich die Milchproduktion zur Erzielung von Bargeldeinnahmen oder für den Eigenverbrauch angegeben, wobei die Milchleistung, gefolgt von der Wachstumsleistung, und der Laktationsdauer, als wichtigste zukünftige Selektionsmerkmale angegeben wurden. Über 98% der Landwirte waren bereit, Informationen auszutauschen, und etwa 67% waren bereit, Zuchtbullen auszutauschen und Bauernverbände zu gründen, was für die künftige Optimierung der Rasse von Bedeutung ist und für die Einrichtung eines gemeindebasierten Zuchtprogramms nützlich sein könnte. In der abschließenden Studie wurden die Ergebnisse der Umfrage genutzt, drei Zuchtprogramme für die zukünftige genetische Verbesserung von Butana-Rindern, darunter der Einsatz von Farmbullen, der Einsatz von Dorfbullen und der rotierende Einsatz von Dorfbullen innerhalb von Dorfgruppen, mit dem stochastischen Simulationsprogramm AlphaSimR modelliert. Das Dorfbullen-Zuchtprogramm mit der EBV-basierten Selektion von Jungbullen ist das vielversprechendste Zuchtdesign zur Erreichung der Zuchtziele.Assessment of genetic diversity in local breedsAddo, Sowahhttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/126132021-06-23T14:24:17Z2020-06-01T00:00:00ZThe present study aimed at assessing genetic diversity in selected local livestock breeds in Northern Germany, and furthermore, examining some of the indices used in describing diversity in populations. The study begun with an assessment of genetic diversity in the German Angler (RVA) and Red-and-white dual-purpose (RDN) cattle breeds. Analyses of the RVA and RDN pedigrees, consisting of 93,078 and 184,358 records, respectively, revealed a number of Red Holstein (RH) sires that were influential in these breeds. Even when the pedigrees were combined and analysed, four RH individuals alone had a cumulative marginal genetic contribution of over 9% and were at the top of the list. The results also revealed low levels of classical inbreeding for RVA (1.39%) and RDN (0.41%) with moderately high effective population size (Ne) estimates of 156 and 170, respectively. However, using purging-based approaches such as the ancestral history coefficient, the levels of inbreeding rose slightly and the corresponding Ne values were reduced to 50 and 53 for RVA and RDN, respectively. Additionally, estimates of effective number of founders and ancestors indicated an unbalanced genetic contribution in the founder populations, where some individuals had many more offspring than others. Notably, the quality of pedigrees used for the analyses was low with mean number of complete generation equivalent of 5.59 and 2.7 for RVA and RDN, respectively.
A follow-up study was performed to assess genetic diversity at the genome level, investigate gene flow events, and to shed light on the usefulness of runs of homozygosity (ROH) as a means to estimate inbreeding. The Illumina BovineSNP50 BeadChip information on RVA, RDN, RH and 11 outgroup breeds were made available for the different analyses. For RVA, RDN and RH, observed heterozygosity (Ho) estimates were 0.374, 0.356 and 0.363, and the estimates of ROH-based genomic inbreeding (FROH) were 0.021, 0.045 and 0.053, respectively. Linkage disequilibrium-based Ne estimate for five generation ago was highest in RVA (113) and lowest in RDN (67). Population structure analyses found a high level of admixture between RVA and RH than between RDN and RH, and for the first time, connectedness between RVA and Norwegian Red cattle was uncovered. Furthermore, the investigation showed moderate to high positive correlations between FROH and pedigree-based inbreeding (FPED), and even when FPED was zero, traces of inbreeding were detected by the ROH-based measure.
A third investigation was launched to analyse genetic diversity in the German White-headed mutton (GWM) sheep using both pedigree (N = 19,000) and genotype (N = 46) data. Additionally, different measures of ROH inbreeding were investigated. From the pedigree analysis, average generation interval was 3.24. Estimate of average FPED and Ne for the whole population were 0.01 and 132, respectively, and differed from the estimates computed for a subpopulation of animal born in the last four years of pedigree data, which were 0.04 and 99, respectively. Only 59 ancestors explained 50% of variation in the breed. Genome-based Ho and Ne were 0.389 and around 50, respectively. Based on 16,852 single nucleotide polymorphism (SNP) markers, three separate population structure analyses pointed to the flow of genes from other breeds, especially Berrichone du Cher to GWM. To investigate different ROH inbreeding measures, FROH was calculated based on either ROH length or on the number of SNPs in ROH. Inbreeding estimates derived from the two measures were 0.045 and 0.046 and highly correlated (rp = 0.99). Furthermore, total FROH was effectively partitioned into values for specific chromosomes.
In a final investigation, the outcomes of two ROH detection software including PLINK and RZOOROH were compared to address the lack of consensus on the choice of parameter thresholds in calling ROH across studies. With array data on 52 Mangalitza pigs and whole genome sequence (WGS) data on six Schleswig Draught horses, the analyses showed comparable estimates of FROH across different models and detection software, although the number of ROH detected varied greatly. In the horse, an array-like dataset consisting of 26,932 SNPs was compared to the WGS data and the latter proved to be more efficient in detecting small size ROH.; Das Ziel der vorliegenden Ausarbeitungen war die Untersuchung genetischer Diversität in ausgewählten regionalen Nutztierrassen in Norddeutschland. Darüber hinaus wurden einige Indizes beleuchtet, die für die Beschreibung der Diversität in Populationen genutzt werden.
Ausgangspunkt der Ausarbeitungen war die Untersuchung der genetischen Diversität der Rinderrassen Deutsche Angler (RVA) und Rotbunt Doppelnutzung (RDN). Anhand der Analyse von RVA (N = 93.078) und RDN (N = 184.358) Pedigrees wurde deutlich, dass auf diese Rassen eine Anzahl von Red Holstein (RH)-Vatertieren Einfluss genommen haben. Selbst bei einer vereinten Analyse, bei der die Pedigrees der RVA und RDN zusammengelegt wurden, waren es vier RH Tiere, die einen hohen Anteil an genetischen Einfluss von über 9% aufwiesen. Die Ergebnisse ergaben darüber hinaus niedrige Niveaus der durchschnittlichen klassischen Inzucht (RVA = 1,39 % und RDN = 0,41 %) und eine hohe geschätzte effektive Populationsgröße (Ne) (RVA = 156 und RDN = 170) beider Rassen. Wurden jedoch bereinigende Ansätze, wie der ancestrale Inzuchtkoeffizient genutzt, stiegen die Inzuchtniveaus leicht und die korrespondierenden Ne-Werte reduzierten sich für RVA auf 50 und für RDN auf 53. Zusätzlich wies die Schätzung der effektiven Anzahl von Gründern und Vorfahren auf einen unausgeglichenen, genetischen Beitrag in der Gründerpopulation hin, wobei einige Individuen sehr viel mehr Nachkommen hatten als andere. Einschränkend muss hinzugefügt werden, dass die Qualität der für die Analysen genutzten Pedigrees mit einer durchschnittlichen Anzahl vollständiger Generationsäquivalente von 5,59 und 2,7 für RVA und RDN gering war.
Eine nachfolgende Untersuchung wurde durchgeführt, um die genetische Diversität auf Ebene des Genoms zu untersuchen. Untersucht wurden Genflussereignisse und die Eignung von homozygoten Segmenten (engl.: runs of homozygosity, kurz: ROH) als ein Mittel zur Schätzung von Inzucht. Über den „Illumina BovineSNP50 BeadChip“ wurden Informationen zu RVA, RDN, RH und elf weiteren ausgewählten Rassen für die unterschiedlichen Analysen eingeholt. Die jeweils für RVA, RDN und RH beobachtete Heterozygotie (Ho) betrug 0,374, 0,356 und 0,363 und die Schätzungen der genomischen Informationen zur Inzucht (FROH) waren jeweils 0,021, 0,045 und 0,053. Die auf dem Kopplungsungleichgewicht basierenden Schätzungen von Ne für die letzten fünf Generationen waren bei RVA mit 113 am höchsten und bei RDN mit 67 am niedrigsten. Die Analyse der Populationsstruktur zeigte höhere Anteile der Vermischung zwischen RVA und RH als von RDN und RH. Darüber hinaus wurde zum ersten Mal die Verbindung zwischen RVA und Norwegischem Rotvieh belegt. Die Untersuchungen zeigten außerdem eine moderate bis hohe positive Korrelation zwischen FROH und der Informationen zur pedigreebasierten Inzucht (FPED). Sogar für den Fall, dass FPED Null war, wurden Anzeichen von Inzucht durch die Analyse von homozygoten Segmenten aufgedeckt.
Eine dritte Untersuchung wurde durchgeführt, um die genetische Diversität des Deutschen Weißköpfigen Fleischschafes (GWM) durch die Nutzung von Daten aus Pedigree (N = 19.000) und Genotypen (N = 46) zu analysieren. Darüber hinaus wurden verschiedene Verfahren zur Ermittlung von Inzucht auf Basis von ROH untersucht. Ausgehend von der Pedigree-Analyse war das durchschnittliche Generationsintervall 3,24. Schätzungen des mittleren FPED und Ne für die gesamte Population betrugen 0,01 und 132. Diese Werte unterschieden sich von den Schätzungen, die für eine Subpopulation der Tiere, geboren in den letzten vier Jahren der Pedigree-Daten, berechnet wurden und 0,04 und 99 betrugen. Nur 59 Vorfahren erklärten 50 % der Unterschiede in den Rassen. Die auf Basis der Genomanalyse ermittelten Werte für Ho und Ne betrugen 0,389 sowie rund 50. Die drei auf Basis von 16.825 SNP Markern durchgeführten, separaten Populationsanalysen wiesen auf einen Genfluss von anderen Rassen, wie vor allem Berrichone du Cher zu GWM hin. Um unterschiedliche Verfahren zur Ermittlung von Inzucht auf Basis von ROH zu vergleichen, wurde FROH auf Basis von entweder Länge der ROHs oder Anzahl von SNPs in den ROHs kalkuliert. Die von diesen zwei Verfahren abgeleiteten Schätzungen der Inzucht betrugen im Mittel 0,045 bzw. 0,046 und wiesen eine hohe Korrelation (rp = 0,99) auf. Des Weiteren war FROH gesamt in Werte für spezifische Chromosomen aufgeteilt.
In einer abschließenden Untersuchung wurden die Ergebnisse von den zwei zur Identifikation von ROHs geeigneten Softwareprogrammen PLINK and RZOOROH miteinander verglichen. Dies diente dazu, um das Fehlen einer Übereinstimmung in der Wahl von Schwellenwerten zur Bestimmung von ROHs in unterschiedlichen Studien zu thematisieren.
Die Analyse von Felddaten von 52 Mangalitza-Schweinen und Daten der vollständigen Genomsequenz (VGS) von sechs Schleswiger Kaltblut-Pferden zeigte vergleichbare Schätzungen von FROH über verschiedene Modelle und Analysesoftware, obwohl die Nummer von gefundenen ROH in großem Umfang variierte. Für die Pferde wurde ein array-ähnlicher Datensatz (26.932 SNPs) mit den VGS-Daten verglichen. Letztere erwiesen sich als effizienter in der Identifikation von kurzen ROH.
2020-06-01T00:00:00ZAddo, SowahThe present study aimed at assessing genetic diversity in selected local livestock breeds in Northern Germany, and furthermore, examining some of the indices used in describing diversity in populations. The study begun with an assessment of genetic diversity in the German Angler (RVA) and Red-and-white dual-purpose (RDN) cattle breeds. Analyses of the RVA and RDN pedigrees, consisting of 93,078 and 184,358 records, respectively, revealed a number of Red Holstein (RH) sires that were influential in these breeds. Even when the pedigrees were combined and analysed, four RH individuals alone had a cumulative marginal genetic contribution of over 9% and were at the top of the list. The results also revealed low levels of classical inbreeding for RVA (1.39%) and RDN (0.41%) with moderately high effective population size (Ne) estimates of 156 and 170, respectively. However, using purging-based approaches such as the ancestral history coefficient, the levels of inbreeding rose slightly and the corresponding Ne values were reduced to 50 and 53 for RVA and RDN, respectively. Additionally, estimates of effective number of founders and ancestors indicated an unbalanced genetic contribution in the founder populations, where some individuals had many more offspring than others. Notably, the quality of pedigrees used for the analyses was low with mean number of complete generation equivalent of 5.59 and 2.7 for RVA and RDN, respectively.
A follow-up study was performed to assess genetic diversity at the genome level, investigate gene flow events, and to shed light on the usefulness of runs of homozygosity (ROH) as a means to estimate inbreeding. The Illumina BovineSNP50 BeadChip information on RVA, RDN, RH and 11 outgroup breeds were made available for the different analyses. For RVA, RDN and RH, observed heterozygosity (Ho) estimates were 0.374, 0.356 and 0.363, and the estimates of ROH-based genomic inbreeding (FROH) were 0.021, 0.045 and 0.053, respectively. Linkage disequilibrium-based Ne estimate for five generation ago was highest in RVA (113) and lowest in RDN (67). Population structure analyses found a high level of admixture between RVA and RH than between RDN and RH, and for the first time, connectedness between RVA and Norwegian Red cattle was uncovered. Furthermore, the investigation showed moderate to high positive correlations between FROH and pedigree-based inbreeding (FPED), and even when FPED was zero, traces of inbreeding were detected by the ROH-based measure.
A third investigation was launched to analyse genetic diversity in the German White-headed mutton (GWM) sheep using both pedigree (N = 19,000) and genotype (N = 46) data. Additionally, different measures of ROH inbreeding were investigated. From the pedigree analysis, average generation interval was 3.24. Estimate of average FPED and Ne for the whole population were 0.01 and 132, respectively, and differed from the estimates computed for a subpopulation of animal born in the last four years of pedigree data, which were 0.04 and 99, respectively. Only 59 ancestors explained 50% of variation in the breed. Genome-based Ho and Ne were 0.389 and around 50, respectively. Based on 16,852 single nucleotide polymorphism (SNP) markers, three separate population structure analyses pointed to the flow of genes from other breeds, especially Berrichone du Cher to GWM. To investigate different ROH inbreeding measures, FROH was calculated based on either ROH length or on the number of SNPs in ROH. Inbreeding estimates derived from the two measures were 0.045 and 0.046 and highly correlated (rp = 0.99). Furthermore, total FROH was effectively partitioned into values for specific chromosomes.
In a final investigation, the outcomes of two ROH detection software including PLINK and RZOOROH were compared to address the lack of consensus on the choice of parameter thresholds in calling ROH across studies. With array data on 52 Mangalitza pigs and whole genome sequence (WGS) data on six Schleswig Draught horses, the analyses showed comparable estimates of FROH across different models and detection software, although the number of ROH detected varied greatly. In the horse, an array-like dataset consisting of 26,932 SNPs was compared to the WGS data and the latter proved to be more efficient in detecting small size ROH.
Das Ziel der vorliegenden Ausarbeitungen war die Untersuchung genetischer Diversität in ausgewählten regionalen Nutztierrassen in Norddeutschland. Darüber hinaus wurden einige Indizes beleuchtet, die für die Beschreibung der Diversität in Populationen genutzt werden.
Ausgangspunkt der Ausarbeitungen war die Untersuchung der genetischen Diversität der Rinderrassen Deutsche Angler (RVA) und Rotbunt Doppelnutzung (RDN). Anhand der Analyse von RVA (N = 93.078) und RDN (N = 184.358) Pedigrees wurde deutlich, dass auf diese Rassen eine Anzahl von Red Holstein (RH)-Vatertieren Einfluss genommen haben. Selbst bei einer vereinten Analyse, bei der die Pedigrees der RVA und RDN zusammengelegt wurden, waren es vier RH Tiere, die einen hohen Anteil an genetischen Einfluss von über 9% aufwiesen. Die Ergebnisse ergaben darüber hinaus niedrige Niveaus der durchschnittlichen klassischen Inzucht (RVA = 1,39 % und RDN = 0,41 %) und eine hohe geschätzte effektive Populationsgröße (Ne) (RVA = 156 und RDN = 170) beider Rassen. Wurden jedoch bereinigende Ansätze, wie der ancestrale Inzuchtkoeffizient genutzt, stiegen die Inzuchtniveaus leicht und die korrespondierenden Ne-Werte reduzierten sich für RVA auf 50 und für RDN auf 53. Zusätzlich wies die Schätzung der effektiven Anzahl von Gründern und Vorfahren auf einen unausgeglichenen, genetischen Beitrag in der Gründerpopulation hin, wobei einige Individuen sehr viel mehr Nachkommen hatten als andere. Einschränkend muss hinzugefügt werden, dass die Qualität der für die Analysen genutzten Pedigrees mit einer durchschnittlichen Anzahl vollständiger Generationsäquivalente von 5,59 und 2,7 für RVA und RDN gering war.
Eine nachfolgende Untersuchung wurde durchgeführt, um die genetische Diversität auf Ebene des Genoms zu untersuchen. Untersucht wurden Genflussereignisse und die Eignung von homozygoten Segmenten (engl.: runs of homozygosity, kurz: ROH) als ein Mittel zur Schätzung von Inzucht. Über den „Illumina BovineSNP50 BeadChip“ wurden Informationen zu RVA, RDN, RH und elf weiteren ausgewählten Rassen für die unterschiedlichen Analysen eingeholt. Die jeweils für RVA, RDN und RH beobachtete Heterozygotie (Ho) betrug 0,374, 0,356 und 0,363 und die Schätzungen der genomischen Informationen zur Inzucht (FROH) waren jeweils 0,021, 0,045 und 0,053. Die auf dem Kopplungsungleichgewicht basierenden Schätzungen von Ne für die letzten fünf Generationen waren bei RVA mit 113 am höchsten und bei RDN mit 67 am niedrigsten. Die Analyse der Populationsstruktur zeigte höhere Anteile der Vermischung zwischen RVA und RH als von RDN und RH. Darüber hinaus wurde zum ersten Mal die Verbindung zwischen RVA und Norwegischem Rotvieh belegt. Die Untersuchungen zeigten außerdem eine moderate bis hohe positive Korrelation zwischen FROH und der Informationen zur pedigreebasierten Inzucht (FPED). Sogar für den Fall, dass FPED Null war, wurden Anzeichen von Inzucht durch die Analyse von homozygoten Segmenten aufgedeckt.
Eine dritte Untersuchung wurde durchgeführt, um die genetische Diversität des Deutschen Weißköpfigen Fleischschafes (GWM) durch die Nutzung von Daten aus Pedigree (N = 19.000) und Genotypen (N = 46) zu analysieren. Darüber hinaus wurden verschiedene Verfahren zur Ermittlung von Inzucht auf Basis von ROH untersucht. Ausgehend von der Pedigree-Analyse war das durchschnittliche Generationsintervall 3,24. Schätzungen des mittleren FPED und Ne für die gesamte Population betrugen 0,01 und 132. Diese Werte unterschieden sich von den Schätzungen, die für eine Subpopulation der Tiere, geboren in den letzten vier Jahren der Pedigree-Daten, berechnet wurden und 0,04 und 99 betrugen. Nur 59 Vorfahren erklärten 50 % der Unterschiede in den Rassen. Die auf Basis der Genomanalyse ermittelten Werte für Ho und Ne betrugen 0,389 sowie rund 50. Die drei auf Basis von 16.825 SNP Markern durchgeführten, separaten Populationsanalysen wiesen auf einen Genfluss von anderen Rassen, wie vor allem Berrichone du Cher zu GWM hin. Um unterschiedliche Verfahren zur Ermittlung von Inzucht auf Basis von ROH zu vergleichen, wurde FROH auf Basis von entweder Länge der ROHs oder Anzahl von SNPs in den ROHs kalkuliert. Die von diesen zwei Verfahren abgeleiteten Schätzungen der Inzucht betrugen im Mittel 0,045 bzw. 0,046 und wiesen eine hohe Korrelation (rp = 0,99) auf. Des Weiteren war FROH gesamt in Werte für spezifische Chromosomen aufgeteilt.
In einer abschließenden Untersuchung wurden die Ergebnisse von den zwei zur Identifikation von ROHs geeigneten Softwareprogrammen PLINK and RZOOROH miteinander verglichen. Dies diente dazu, um das Fehlen einer Übereinstimmung in der Wahl von Schwellenwerten zur Bestimmung von ROHs in unterschiedlichen Studien zu thematisieren.
Die Analyse von Felddaten von 52 Mangalitza-Schweinen und Daten der vollständigen Genomsequenz (VGS) von sechs Schleswiger Kaltblut-Pferden zeigte vergleichbare Schätzungen von FROH über verschiedene Modelle und Analysesoftware, obwohl die Nummer von gefundenen ROH in großem Umfang variierte. Für die Pferde wurde ein array-ähnlicher Datensatz (26.932 SNPs) mit den VGS-Daten verglichen. Letztere erwiesen sich als effizienter in der Identifikation von kurzen ROH.Entwicklung eines ökonomisch ausgerichteten Zuchtprogramms für die bedrohte Schweinerasse „Bunte Bentheimer“Biermann, Anne Dorothea Margaritahttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/20160303499332021-06-23T14:24:26Z2016-03-03T00:00:00ZDas Ziel dieser Arbeit war, ein ökonomisch ausgerichtetes Zuchtprogramm für die bedrohte Schweinerasse „Bunte Bentheimer“ (BB) zu entwickeln. Ein wesentlicher Bestandteil von Zuchtprogrammen für bedrohte Rassen ist der Erhalt der genetischen Diversität durch Vermeidung von weiterer Inzucht und Reduzierung des Inzuchtzuwachses. In Kapitel 2 wurde die Population der BB unter Berücksichtigung der vorhandenen Abstammungsinformationen in Bezug auf genetische Diversität, Inzucht und Verwandtschaft analysiert. Durchschnittlicher Inzuchtkoeffizient und Inzuchtzunahme lagen mit 12% und 1,66% pro Generation auf einem relativ hohen Niveau. Effektive Maßnahmen zur Inzuchtkontrolle sollten daher im Zuchtprogramm integriert werden. Durch die Bestimmung optimaler Einsatzfrequenzen selektierter Tiere ist es möglich, Inzucht zu kontrollieren und gleichzeitig Zuchtfortschritt zu generieren. Das konnte am Beispiel von Zuchtwerten für Fruchtbarkeitsmerkmale gezeigt werden. Basierend auf den optimalen Einsatzfrequenzen der selektierten Elterntiere wurden zur weiteren Reduzierung der Inzucht in der Folgegeneration konkrete Anpaarungspläne erstellt. Die Anpaarungen wurden unter Berücksichtigung der Natursprungproblematik durch Festlegung von Zuchtgebieten konzipiert. Die Umsetzung dieser wurde allerdings erschwert durch die eingeschränkte Verfügbarkeit der Eber. Schließt man die künstliche Besamung als mögliche Alternative aus, müssten die Zuchtgebiete so optimiert werden, dass die vorgeschlagenen Anpaarungen auch in die Praxis umgesetzt werden können.
Die Gestaltung eines Zuchtprogramms erfordert zudem die Verfügbarkeit populationsgenetischer Parameter. Für die Fruchtbarkeitsmerkmale „Anzahl lebend geborener Ferkel“ (NBA) und „abgesetzter Ferkel“ (NW) lagen die Heritabilitäten bei jeweils 12%. Auch die genetischen Varianzen lagen in einem guten Bereich, so dass für beide Merkmale Zuchtfortschritt durch Selektion möglich ist. In Kapitel 3 wurden genetische Parameter für Fleischleistungs- und Fleischqualitätsmerkmale geschätzt. Als Grundlage dafür dienten sowohl in vivo Ultraschallmessungen am lebenden Tier, als auch Messungen, die am Schlachtkörper bzw. an einer Fleischprobe erfolgten. Zucht-, Mast- und Schlachttiere wurden am RYR1 Genort typisiert, um Allel-Substitutionseffekte zu schätzen. Die quantitativen- und molekulargenetischen Ansätze wurden genutzt, um darauf aufbauend zur Verbesserung der Fleischqualität Zuchtstrategien zu entwickeln. Für das Fleischqualitätsmerkmal intramuskulärer Fettgehalt (IMF) wurde die höchste Heritabilität von 0,78 bei einer ebenfalls hohen additiv-genetischen Varianz geschätzt. Dennoch ist die Erfassung dieses Merkmals mit einem hohen Kostenaufwand verbunden. Ein mögliches Hilfsmerkmal ist die Rückenspeckdicke (BFiv), die direkt am Selektionskandidaten erfasst werden kann. Die genetische Korrelation zwischen beiden Merkmale lag bei rg = 0,39. Die Assoziationsstudie am RYR1 Genort zeigte, dass die Anwesenheit des ungewünschten Allels einen negativen Effekt auf IMF hatte, d.h. der IMF Gehalt wurde reduziert. Darauf aufbauend wurde eine Zuchtstrategie entwickelt, die Phänotyp (BFiv) und Marker-Informationen am RYR1 Genort des Selektionskandidaten kombiniert. Durch die zusätzliche Berücksichtigung der Marker-Informationen konnten eine höhere Genauigkeit und ein höherer Zuchtfortschritt erzielt werden im Vergleich zu einer Strategie, die nur auf den phänotypischen Leistungen basiert.
In Kapitel 4 wurde basierend auf einer Konsumentenbefragung mit integrierter Verkostung von Fleischproben indirekt die Zahlungsbereitschaft für unterschiedliche Fleischqualitäten erfasst. Alle Fleischproben wurden zusätzlich hinsichtlich der instrumental erfassbaren Fleischqualität untersucht und durch ein geschultes Panel im Sensorik Labor in Bezug auf die sensorische Qualität beurteilt. Außerdem wurde die direkte Zahlungsbereitschaft für unterschiedliche Qualitätsausprägungen der optischen Merkmale „Fleischfarbe“, „Fleischmarmorierung“ und „Fleischsaftverlust“ anhand von Fotografien erfasst. Die Ergebnisse dieser Befragung wurden genutzt, um ökonomischen Gewichte abzuleiten. Für IMF ergab sich ein hohes ökonomisches Gewicht von 57,52 € pro Merkmalseinheit bei dem aktuellen Populationsdurchschnitt von 1,57%. Mit steigendem Populationsmittel sinkt das ökonomische Gewicht und nähert sich ab einem Mittelwert von 2% einem Wert von 0,00 €. Aus züchterischer Sicht wäre daher ein durchschnittlicher IMF Gehalt von mindestens 2% anzustreben. Für Fleischqualitätsmerkmale, die beim Verzehr nicht direkt erfassbar sind, wie die Farbhelligkeit oder der Tropfsaftverlust, ist die direkte Methode zur Erfassung der Zahlungsbereitschaft (basierend auf den Fotografien) der indirekten (basierend auf der Verkostung) vorzuziehen, um ökonomische Gewichte abzuleiten. Genetische Parameter ökonomischen Gewichte wurden anschließend für Zuchtplanungsrechnungen verwendet. Im Zuchtziel wurde in erster Linie die Fruchtbarkeit (NBA) und Fleischqualität (IMF) berücksichtigt. Zur Vermeidung hoher Kosten und der besseren Anpassung an kleine Betriebsstrukturen wurde u.a. ein Zuchtprogramm modelliert, das auf in vivo Ultraschallmessungen für BFiv basiert, direkt erfasst am Selektionskandidaten. Der Züchtungsgewinn für diese Zuchtstrategie lag bei 35,92 € pro Tier. Der Zuchtfortschritt für IMF war allerdings erwartungsgemäß geringer als bei direkter Selektion auf das Merkmal.
Basierend auf den Ergebnissen wurde in Kapitel 5 ein Entwurf für ein Zuchtprogramm erstellt, das die notwendigen Maßnahmen zur Inzuchtkontrolle beinhaltet und Zuchtfortschritt für rassespezifische Merkmale zulässt. Zudem ist dieser Entwurf angepasst an die kleinen Betriebsstrukturen und die unterschiedlichen Vermarktungsstrategien, die sich bereits etabliert haben.
2016-03-03T00:00:00ZBiermann, Anne Dorothea MargaritaDas Ziel dieser Arbeit war, ein ökonomisch ausgerichtetes Zuchtprogramm für die bedrohte Schweinerasse „Bunte Bentheimer“ (BB) zu entwickeln. Ein wesentlicher Bestandteil von Zuchtprogrammen für bedrohte Rassen ist der Erhalt der genetischen Diversität durch Vermeidung von weiterer Inzucht und Reduzierung des Inzuchtzuwachses. In Kapitel 2 wurde die Population der BB unter Berücksichtigung der vorhandenen Abstammungsinformationen in Bezug auf genetische Diversität, Inzucht und Verwandtschaft analysiert. Durchschnittlicher Inzuchtkoeffizient und Inzuchtzunahme lagen mit 12% und 1,66% pro Generation auf einem relativ hohen Niveau. Effektive Maßnahmen zur Inzuchtkontrolle sollten daher im Zuchtprogramm integriert werden. Durch die Bestimmung optimaler Einsatzfrequenzen selektierter Tiere ist es möglich, Inzucht zu kontrollieren und gleichzeitig Zuchtfortschritt zu generieren. Das konnte am Beispiel von Zuchtwerten für Fruchtbarkeitsmerkmale gezeigt werden. Basierend auf den optimalen Einsatzfrequenzen der selektierten Elterntiere wurden zur weiteren Reduzierung der Inzucht in der Folgegeneration konkrete Anpaarungspläne erstellt. Die Anpaarungen wurden unter Berücksichtigung der Natursprungproblematik durch Festlegung von Zuchtgebieten konzipiert. Die Umsetzung dieser wurde allerdings erschwert durch die eingeschränkte Verfügbarkeit der Eber. Schließt man die künstliche Besamung als mögliche Alternative aus, müssten die Zuchtgebiete so optimiert werden, dass die vorgeschlagenen Anpaarungen auch in die Praxis umgesetzt werden können.
Die Gestaltung eines Zuchtprogramms erfordert zudem die Verfügbarkeit populationsgenetischer Parameter. Für die Fruchtbarkeitsmerkmale „Anzahl lebend geborener Ferkel“ (NBA) und „abgesetzter Ferkel“ (NW) lagen die Heritabilitäten bei jeweils 12%. Auch die genetischen Varianzen lagen in einem guten Bereich, so dass für beide Merkmale Zuchtfortschritt durch Selektion möglich ist. In Kapitel 3 wurden genetische Parameter für Fleischleistungs- und Fleischqualitätsmerkmale geschätzt. Als Grundlage dafür dienten sowohl in vivo Ultraschallmessungen am lebenden Tier, als auch Messungen, die am Schlachtkörper bzw. an einer Fleischprobe erfolgten. Zucht-, Mast- und Schlachttiere wurden am RYR1 Genort typisiert, um Allel-Substitutionseffekte zu schätzen. Die quantitativen- und molekulargenetischen Ansätze wurden genutzt, um darauf aufbauend zur Verbesserung der Fleischqualität Zuchtstrategien zu entwickeln. Für das Fleischqualitätsmerkmal intramuskulärer Fettgehalt (IMF) wurde die höchste Heritabilität von 0,78 bei einer ebenfalls hohen additiv-genetischen Varianz geschätzt. Dennoch ist die Erfassung dieses Merkmals mit einem hohen Kostenaufwand verbunden. Ein mögliches Hilfsmerkmal ist die Rückenspeckdicke (BFiv), die direkt am Selektionskandidaten erfasst werden kann. Die genetische Korrelation zwischen beiden Merkmale lag bei rg = 0,39. Die Assoziationsstudie am RYR1 Genort zeigte, dass die Anwesenheit des ungewünschten Allels einen negativen Effekt auf IMF hatte, d.h. der IMF Gehalt wurde reduziert. Darauf aufbauend wurde eine Zuchtstrategie entwickelt, die Phänotyp (BFiv) und Marker-Informationen am RYR1 Genort des Selektionskandidaten kombiniert. Durch die zusätzliche Berücksichtigung der Marker-Informationen konnten eine höhere Genauigkeit und ein höherer Zuchtfortschritt erzielt werden im Vergleich zu einer Strategie, die nur auf den phänotypischen Leistungen basiert.
In Kapitel 4 wurde basierend auf einer Konsumentenbefragung mit integrierter Verkostung von Fleischproben indirekt die Zahlungsbereitschaft für unterschiedliche Fleischqualitäten erfasst. Alle Fleischproben wurden zusätzlich hinsichtlich der instrumental erfassbaren Fleischqualität untersucht und durch ein geschultes Panel im Sensorik Labor in Bezug auf die sensorische Qualität beurteilt. Außerdem wurde die direkte Zahlungsbereitschaft für unterschiedliche Qualitätsausprägungen der optischen Merkmale „Fleischfarbe“, „Fleischmarmorierung“ und „Fleischsaftverlust“ anhand von Fotografien erfasst. Die Ergebnisse dieser Befragung wurden genutzt, um ökonomischen Gewichte abzuleiten. Für IMF ergab sich ein hohes ökonomisches Gewicht von 57,52 € pro Merkmalseinheit bei dem aktuellen Populationsdurchschnitt von 1,57%. Mit steigendem Populationsmittel sinkt das ökonomische Gewicht und nähert sich ab einem Mittelwert von 2% einem Wert von 0,00 €. Aus züchterischer Sicht wäre daher ein durchschnittlicher IMF Gehalt von mindestens 2% anzustreben. Für Fleischqualitätsmerkmale, die beim Verzehr nicht direkt erfassbar sind, wie die Farbhelligkeit oder der Tropfsaftverlust, ist die direkte Methode zur Erfassung der Zahlungsbereitschaft (basierend auf den Fotografien) der indirekten (basierend auf der Verkostung) vorzuziehen, um ökonomische Gewichte abzuleiten. Genetische Parameter ökonomischen Gewichte wurden anschließend für Zuchtplanungsrechnungen verwendet. Im Zuchtziel wurde in erster Linie die Fruchtbarkeit (NBA) und Fleischqualität (IMF) berücksichtigt. Zur Vermeidung hoher Kosten und der besseren Anpassung an kleine Betriebsstrukturen wurde u.a. ein Zuchtprogramm modelliert, das auf in vivo Ultraschallmessungen für BFiv basiert, direkt erfasst am Selektionskandidaten. Der Züchtungsgewinn für diese Zuchtstrategie lag bei 35,92 € pro Tier. Der Zuchtfortschritt für IMF war allerdings erwartungsgemäß geringer als bei direkter Selektion auf das Merkmal.
Basierend auf den Ergebnissen wurde in Kapitel 5 ein Entwurf für ein Zuchtprogramm erstellt, das die notwendigen Maßnahmen zur Inzuchtkontrolle beinhaltet und Zuchtfortschritt für rassespezifische Merkmale zulässt. Zudem ist dieser Entwurf angepasst an die kleinen Betriebsstrukturen und die unterschiedlichen Vermarktungsstrategien, die sich bereits etabliert haben.Heat stress response for physiological traits in dairy and dual purpose cattle populations on phenotypic and genetic scalesAl-Kanaan, Adnan Jabbar Jadoahttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/20160223498972021-06-23T14:24:26Z2016-02-23T00:00:00ZThe main objective of this thesis was to determine the potential impact of heat stress (HS) on physiological traits of lactating cows and semen quality of bulls kept in a temperate climate. The thesis is comprised of three studies. An innovative statistical modeling aspect common to all three studies was the application of random regression methodology (RRM) to study the phenotypic and genetic trajectory of traits in dependency of a continuous temperature humidity index (THI).
In the first study, semen quality and quantity traits of 562 Holstein sires kept on an AI station in northwestern Germany were analyzed in the course of THI calculated from data obtained from the nearest weather station. Heat stress was identified based on a decline in semen quality and quantity parameters. The identified general HS threshold (THI = 60) and the thermoneutal zone (THI in the range from 50 to 60) for semen production were lower than detected in studies conducted in tropical and subtropical climates. Even though adult bulls were characterized by higher semen productivity compared to younger bulls, they responded with a stronger semen production loss during harsh environments. Heritabilities (low to moderate range) and additive genetic variances of semen characteristics varied with different levels of THI. Also, based on genetic correlations genotype, by environment interactions were detected. Taken together, these findings suggest the application of specific selection strategies for specific climate conditions.
In the second study, the effect of the continuous environmental descriptor THI as measured inside the barns on rectal temperatures (RT), skin temperatures (ST), vaginal temperatures (VT), respiration rates (RR), and pulse rate (PR) of lactating Holstein Friesian (HF) and dual-purpose German black pied cattle (DSN) was analyzed. Increasing HS from THI 65 (threshold) to THI 86 (maximal THI) resulted in an increase of RT by 0.6 °C (DSN) and 1 °C (HF), ST by 3.5 °C (HF) and 8 °C (DSN), VT by 0.3 °C (DSN), and RR by 47 breaths / minute (DSN), and decreased PR by 7 beats / minute (DSN). The undesired effects of rising THI on physiological traits were most pronounced for cows with high levels of milk yield and milk constituents, cows in early days in milk and later parities, and during summer seasons in the year 2014.
In the third study of this dissertation, the genetic components of the cow’s physiological responses to HS were investigated. Heat stress was deduced from indoor THI measurements, and physiological traits were recorded on native DSN cows and their genetically upgraded crosses with Holstein Friesian sires in two experimental herds from pasture-based production systems reflecting a harsh environment of the northern part of Germany. Although heritabilities were in a low range (from 0.018 to 0.072), alterations of heritabilities, repeatabilities, and genetic components in the course of THI justify the implementation of genetic evaluations including heat stress components. However, low repeatabilities indicate the necessity of using repeated records for measuring physiological traits in German cattle. Moderate EBV correlations between different trait combinations indicate the potential of selection for one trait to simultaneously improve the other physiological attributes.
In conclusion, bulls of AI centers and lactating cows suffer from HS during more extreme weather conditions also in the temperate climate of Northern Germany. Monitoring physiological traits during warm and humid conditions could provide precious information for detection of appropriate times for implementation of cooling systems and changes in feeding and management strategies. Subsequently, the inclusion of these physiological traits with THI specific breeding values into overall breeding goals could contribute to improving cattle adaptability by selecting the optimal animal for extreme hot and humid conditions. Furthermore, the recording of meteorological data in close distance to the cow and visualizing the surface body temperature by infrared thermography techniques might be helpful for recognizing heat tolerance and adaptability in cattle.
2016-02-23T00:00:00ZAl-Kanaan, Adnan Jabbar JadoaThe main objective of this thesis was to determine the potential impact of heat stress (HS) on physiological traits of lactating cows and semen quality of bulls kept in a temperate climate. The thesis is comprised of three studies. An innovative statistical modeling aspect common to all three studies was the application of random regression methodology (RRM) to study the phenotypic and genetic trajectory of traits in dependency of a continuous temperature humidity index (THI).
In the first study, semen quality and quantity traits of 562 Holstein sires kept on an AI station in northwestern Germany were analyzed in the course of THI calculated from data obtained from the nearest weather station. Heat stress was identified based on a decline in semen quality and quantity parameters. The identified general HS threshold (THI = 60) and the thermoneutal zone (THI in the range from 50 to 60) for semen production were lower than detected in studies conducted in tropical and subtropical climates. Even though adult bulls were characterized by higher semen productivity compared to younger bulls, they responded with a stronger semen production loss during harsh environments. Heritabilities (low to moderate range) and additive genetic variances of semen characteristics varied with different levels of THI. Also, based on genetic correlations genotype, by environment interactions were detected. Taken together, these findings suggest the application of specific selection strategies for specific climate conditions.
In the second study, the effect of the continuous environmental descriptor THI as measured inside the barns on rectal temperatures (RT), skin temperatures (ST), vaginal temperatures (VT), respiration rates (RR), and pulse rate (PR) of lactating Holstein Friesian (HF) and dual-purpose German black pied cattle (DSN) was analyzed. Increasing HS from THI 65 (threshold) to THI 86 (maximal THI) resulted in an increase of RT by 0.6 °C (DSN) and 1 °C (HF), ST by 3.5 °C (HF) and 8 °C (DSN), VT by 0.3 °C (DSN), and RR by 47 breaths / minute (DSN), and decreased PR by 7 beats / minute (DSN). The undesired effects of rising THI on physiological traits were most pronounced for cows with high levels of milk yield and milk constituents, cows in early days in milk and later parities, and during summer seasons in the year 2014.
In the third study of this dissertation, the genetic components of the cow’s physiological responses to HS were investigated. Heat stress was deduced from indoor THI measurements, and physiological traits were recorded on native DSN cows and their genetically upgraded crosses with Holstein Friesian sires in two experimental herds from pasture-based production systems reflecting a harsh environment of the northern part of Germany. Although heritabilities were in a low range (from 0.018 to 0.072), alterations of heritabilities, repeatabilities, and genetic components in the course of THI justify the implementation of genetic evaluations including heat stress components. However, low repeatabilities indicate the necessity of using repeated records for measuring physiological traits in German cattle. Moderate EBV correlations between different trait combinations indicate the potential of selection for one trait to simultaneously improve the other physiological attributes.
In conclusion, bulls of AI centers and lactating cows suffer from HS during more extreme weather conditions also in the temperate climate of Northern Germany. Monitoring physiological traits during warm and humid conditions could provide precious information for detection of appropriate times for implementation of cooling systems and changes in feeding and management strategies. Subsequently, the inclusion of these physiological traits with THI specific breeding values into overall breeding goals could contribute to improving cattle adaptability by selecting the optimal animal for extreme hot and humid conditions. Furthermore, the recording of meteorological data in close distance to the cow and visualizing the surface body temperature by infrared thermography techniques might be helpful for recognizing heat tolerance and adaptability in cattle.