Γενετική μελέτη της συσχέτισης μεταξύ αναπαραγωγικών χαρακτηριστικών και ενεργειακού ισοζυγίου σε αγελάδες της φυλής holstein

Abstract

Body condition score (BCS), body energy content (EC), cumulative effective energy balance (CEEB), and blood serum concentrations of glucose, β-hydroxybutyrate (BHBA) and non-esterified fatty acids (NEFA) were measured throughout first lactation in 497 Holstein cows kept in a large commercial dairy farm in Northern Greece. All these traits are considered to be indicators of a cow’s energy balance. An additional measure of BCS, EC, and blood serum glucose, BHBA and NEFA concentrations was taken approximately two months before first calving. During first lactation, first service conception rate, conception rate in the first 305 days of lactation, interval from calving to conception, number of inseminations per conception and incidence of metritis were recorded; interval between first and second calving, and second lactation first service conception rate were also recorded. Furthermore, the cows were genotyped for polymorphisms in the DGAT1, leptin and growth hormone receptor gene loci. Genotyping was performed using PCR. Random regression models were used to calculate weekly animal breeding values for first lactation BCS, EC, CEEB, glucose, BHBA, and NEFA. Reproductive records were then regressed on animal breeding values for these energy balance related traits, to derive estimates of their genetic correlations. The effect of allele substitution at each studied locus on body energy and blood metabolic traits was estimated with random regression models, whereas the same effect on reproduction traits was assessed with single-trait mixed linear models. Several significant estimates were obtained. In general, traits that are known to be positively correlated to energy balance (BCS, EC, CEEB, and glucose) were found to have a favorable genetic relationship with reproduction. On the other hand, traits known to be negatively correlated to energy balance (BHBA and NEFA) were found to have an unfavorable genetic relationship with reproductive traits. Body condition score, and BHBA or NEFA concentrations recorded early in lactation, and glucose concentrations measured in pregnant heifers had the highest genetic correlation with future reproductive performance. Additionally, significant effects of the polymorphisms on reproduction traits were observed. DGAT1 and growth hormone receptor gene alleles known to be responsible for significant increase in milk production were found to have an adverse effect on reproduction. Furthermore, the three studied loci were also found to significantly affect certain body energy and blood metabolic traits. Results suggest that genetic selection for body energy and blood metabolic traits could facilitate the genetic improvement of fertility and overall reproductive efficiency of dairy cows. Added to that, results from this study regarding the polymorphisms’ effects, should probably be taken under consideration before their use in gene assisted selection.

Σε 497 αγελάδες της φυλής Holstein, που εκτρέφονταν σε μία μεγάλη βοοτροφική επιχείρηση της Β. Ελλάδας, εκτιμήθηκε ο Δείκτης Θρεπτικής Κατάστασης (Δ.Θ.Κ.), υπολογίστηκαν το συνολικό ενεργειακό περιεχόμενο του σώματος και το αθροιστικό ισοζύγιο «αποτελεσματικής» ενέργειας, και μετρήθηκαν οι συγκεντρώσεις γλυκόζης, β-υδροξυβουτυρικού οξέος και μη εστεροποιημένων λιπαρών οξέων (Μ.Ε.Λ.Ο.) στο αίμα, κατά τη διάρκεια της πρώτης γαλακτικής περιόδου. Τα χαρακτηριστικά αυτά θεωρούνται δείκτες του ενεργειακού ισοζυγίου των αγελάδων. Επιπλέον, εκτιμήθηκε ο Δ.Θ.Κ., υπολογίστηκε το συνολικό ενεργειακό περιεχόμενο του σώματος, και μετρήθηκαν οι συγκεντρώσεις γλυκόζης, β-υδροξυβουτυρικού οξέος και Μ.Ε.Λ.Ο. στο αίμα, μία φορά, δύο περίπου μήνες πριν τον πρώτο τοκετό. Επίσης, κατά την πρώτη γαλακτική περίοδο καταγράφηκαν: το ποσοστό σύλληψης με την πρώτη τεχνητή σπερματέγχυση (Τ.Σ.), το ποσοστό των αγελάδων που συνέλαβαν μέχρι και 305 ημέρες μετά τον τοκετό, το μεσοδιάστημα από τον τοκετό μέχρι τη σύλληψη, ο αριθμός Τ.Σ. ανά σύλληψη και το ποσοστό εμφάνισης μητρίτιδας. Καταγράφηκαν, επίσης, το μεσοδιάστημα από τον πρώτο ως το δεύτερο τοκετό και το ποσοστό σύλληψης με την πρώτη Τ.Σ. για τη δεύτερη γαλακτική περίοδο. Επιπλέον, έγινε γενοτυπικός προσδιορισμός των αγελάδων σε τρία γονίδια (DGAT1, λεπτίνης και του υποδοχέα της αυξητικής ορμόνης). Ο γενοτυπικός προσδιορισμός έγινε με χρήση της αλυσιδωτής αντίδρασης της πολυμεράσης. Για τον υπολογισμό των γενετικών αξιών των αγελάδων ως προς το Δ.Θ.Κ., το συνολικό ενεργειακό περιεχόμενο, το αθροιστικό ισοζύγιο «αποτελεσματικής» ενέργειας και τη συγκέντρωση γλυκόζης, β-υδροξυβουτυρικού οξέος και Μ.Ε.Λ.Ο. στο αίμα, για κάθε εβδομάδα της πρώτης γαλακτικής περιόδου, χρησιμοποιήθηκαν στατιστικά πρότυπα τυχαίας παλινδρόμησης. Με παλινδρόμηση των δεικτών της αναπαραγωγικής ικανότητας σε αυτές τις γενετικές αξίες προέκυψαν οι εκτιμήσεις των γενετικών συσχετίσεων μεταξύ των δεικτών του ενεργειακού ισοζυγίου και των δεικτών της αναπαραγωγικής ικανότητας. Για την εκτίμηση της επίδρασης των τριών πολυμορφισμών που μελετήθηκαν στα χαρακτηριστικά ενεργειακού ισοζυγίου και αναπαραγωγικής ικανότητας χρησιμοποιήθηκαν πρότυπα τυχαίας παλινδρόμησης ή μεικτά γραμμικά πρότυπα. Προέκυψαν έτσι αρκετές στατιστικά σημαντικές εκτιμήσεις. Γενικά, δείκτες που είναι γνωστό πως σχετίζονται θετικά με το ενεργειακό ισοζύγιο (Δ.Θ.Κ., συνολικό ενεργειακό περιεχόμενο, αθροιστικό ισοζύγιο «αποτελεσματικής» ενέργειας και συγκέντρωση γλυκόζης στο αίμα) βρέθηκε ότι έχουν ευνοϊκή γενετική σχέση με την αναπαραγωγική ικανότητα. Αντίθετα, δείκτες που σχετίζονται αρνητικά με το ενεργειακό ισοζύγιο (συγκέντρωση β-υδροξυβουτυρικού οξέος και Μ.Ε.Λ.Ο.) βρέθηκε ότι έχουν ανεπιθύμητη γενετική σχέση με την αναπαραγωγική ικανότητα. Ο Δ.Θ.Κ. και η συγκέντρωση β-υδροξυβουτυρικού οξέος και Μ.Ε.Λ.Ο. στο αίμα τις πρώτες εβδομάδες της γαλακτικής περιόδου καθώς και η συγκέντρωση γλυκόζης στο αίμα εγκύων μοσχίδων είχαν τις σημαντικότερες γενετικές σχέσεις με την αναπαραγωγική ικανότητα. Διαπιστώθηκαν, επίσης, σημαντικές επιδράσεις των πολυμορφισμών στα γονίδια DGAT1 και υποδοχέα της αυξητικής ορμόνης στην αναπαραγωγική ικανότητα των αγελάδων. Τα αλληλόμορφα του DGAT1 και του γονιδίου του υποδοχέα της αυξητικής ορμόνης που είναι γνωστό ότι σχετίζονται με αυξημένη γαλακτοπαραγωγική ικανότητα, βρέθηκε ότι έχουν αρνητική επίδραση στην αναπαραγωγική ικανότητα. Σημαντική ήταν η επίδραση των τριών πολυμορφισμών και στους δείκτες του ενεργειακού ισοζυγίου. Τα αποτελέσματα της μελέτης υποδεικνύουν ότι η γενετική επιλογή για συγκεκριμένους δείκτες του ενεργειακού ισοζυγίου μπορεί να συντελέσει στη γενετική βελτίωση της αναπαραγωγικής ικανότητας των γαλακτοπαραγωγών αγελάδων. Επίσης, τα αποτελέσματα σχετικά με τους τρεις πολυμορφισμούς θα πρέπει να ληφθούν υπόψη πριν οι πολυμορφισμοί αυτοί χρησιμοποιηθούν με σκοπό τη γενετική βελτίωση των αγελάδων.