Genetic analyses of semen characteristics in Norwegian Red | Genetiske analyser av sædkvalitetsegenskaper hos Norsk Rødt Fe

English. acceptedVersion

English. Norsk forskningsråd

English. The research on the genetics of bull fertility is limited, many studies are old, estimates are often based on few observations or few bulls, and with large or lacking standard errors. With more than 20 years of data on semen characteristics available from Norwegian Red (NR) bulls at the performance test station and the AI center, an opportunity existed to increase our knowledge of these traits both in a local and global perspective. With cow fertility improving in many cattle populations, further progress in cattle fertility might be achieved on the bull side. Furthermore, new technologies such as sexed semen is becoming increasingly popular, and bulls that produce a larger amount of semen with the higher quality required for such methods might be more desired by breeding companies in the future. In the NR population, bull fertility is assessed first in a bull breeding soundness evaluation at the test station and later during quality assessment of semen at the artificial insemination (AI) center. During performance testing, the bulls body weight at 150 and 330 days and average growth were also recorded. Using these data, the main aims of this project were: 1) To estimate genetic parameters and genetic trends for semen characteristics from NR bulls at the performance test station, 2) To estimate genetic correlations between semen characteristics and body weights and growth measured on NR bulls at the test station, and 3) To estimate genetic parameters for semen characteristics of bulls at the AI center, and to estimate genetic correlations between these traits and corresponding semen characteristics measured at the performance test station. The semen characteristics data from the test station consisted of 14,972 ejaculates from 3,927 young Norwegian Red bulls. The traits recorded were semen volume, sperm concentration, motility in fresh samples, and after storing the semen in a refrigerator for 24 and 48 hours, and sperm defects. Body weight and growth traits were available for 2,034 of these bulls. From the AI center, data from 137,919 ejaculates from 3,145 bulls were analysed including records on semen weight, sperm concentration, motility before and after cryopreservation, motility change during cryopreservation, and number of accepted straws made from the semen collection. Results show that all the semen characteristic traits are heritable with moderate heritability for amount of semen (volume or weight), sperm concentration and number of straws produced from each collection (0.14 to 0.22), and low heritability for motility traits (0.02 to 0.08) and sperm defects (0.02). Heritabilities for traits measured on bulls at the AI center were generally higher than the corresponding traits measured on more immature and unexperienced bulls at the test station. Most semen characteristic traits were favorably genetically correlated, or had a genetic correlation close to zero, except for a negative genetic correlation between semen weight and sperm concentration for bulls at the AI center. All test station traits showed a slightly unfavorable genetic trend between 1994 and 2016 implying that the andrology testing and the minimum semen quality requirements before selection of AI bulls have not been sufficient to genetically improve semen characteristics over time. Body weight was favorably genetically correlated with all semen characteristic traits, while average daily weight gain was unfavorably genetically correlated with sperm concentration (-0.25 ± 0,15) and motility in fresh samples (-0.53 ± 0.34). Genetic correlations between corresponding traits at the test station and AI center were high for semen volume/weight (0.83) and concentration (0.78), and somewhat lower for motility in fresh samples (0.49). To reverse the unfavorable genetic trends and breed for bulls with better sperm quality we suggest including semen characteristics traits in the routine genetic evaluation of NR. Genomic breeding values for these traits can be used for selection of bull calves and will also provide a means for monitoring bull fertility in the population. Estimating genetic correlations between semen characteristics and other traits in the total merit index of Norwegian Red should be prioritized. Such correlations are largely lacking in the literature and might explain the negative trends observed.

Genetiske studier av oksefruktbarhet er i fåtall og de studiene som finnes er ofte gamle, estimatene er basert på få observasjoner eller få dyr, eller standardfeilen på estimatene er store eller mangler. Med mer enn 20 år med sædkvalitetsdata, innhentet fra test- og seminstasjon til Norsk Rødt Fe (NRF), så vi en mulighet for å øke kunnskapsgrunnlaget for disse egenskapene både i et lokalt og globalt perspektiv. Nå som kufruktbarheten bedres i storfepopulasjoner verden rundt, kan en økning i oksefruktbarhet ha større betydning. Videre øker interessen for nye teknologier og metoder slik som kjønnsseparert sæd. Dette kan gi ytterligere behov for okser som produserer en god mengde sæd med god kvalitet i fremtiden. I NRF populasjonen undersøkes sædkvalitet først ved en andrologitest på teststasjonen og senere ved kvalitetssjekk av sæden på seminstasjonen. I tillegg til andrologitesten, veies oksene på teststasjonen ved 150 og 330 dager og den gjennomsnittlige tilveksten registreres. Ved hjelp av disse dataene ønsket vi og: 1) Estimere genetiske parametere og genetiske trender for sædkvalitetsegenskaper målt på okser på teststasjonen, 2) Estimere genetiske korrelasjoner mellom sædkvalitetsegenskaper og vekt og tilvekst målt på okser på teststasjonen og 3) Estimere genetiske parametere for sædkvalitetsegenskaper målt på okser på seminstasjonen, samt estimere genetiske korrelasjoner mellom disse egenskapene og korresponderende egenskaper fra teststasjonen. Sædkvalitetsdata fra teststasjonen bestod av 14,972 ejakulater fra 3,927 okser. Egenskapene som ble målt var sædvolum, sædkonsentrasjon, motilitet i fersk prøve, samt motilitet etter lagring i kjøleskap i henholdsvis 24 og 48 timer, og spermiedefekter. Registreringer av kroppsvekt og gjennomsnittlig tilvekst var tilgjengelig for 2,034 av disse oksene. Fra seminstasjonen hadde vi data fra 137,919 ejakulater fra 3,145 okser. Disse inkluderte registreringer av sædvekt, sædkonsentrasjon, motilitet før og etter kryopreservering, endring i motilitet under kryopreservering og antall aksepterte sædstrå fra uttaket. Resultatene viser at sædkvalitetsegenskapene er arvelige med moderate arvegrader for mengde (volum og vekt), konsentrasjon og antall aksepterte strå (0.14 til 0.22), og lav for motilitet (0.02 til 0.08) og spermiedefekter (0.02). Arvegradene for egenskapene målt på seminstasjonen var generelt høyere enn for korresponderende egenskaper målt på de mer umodne og uerfarne oksene på teststasjonen. De fleste sædkvalitetsegenskapene var fordelaktig genetisk korrelert eller hadde en genetisk korrelasjon nær null. Unntaket var en negativ genetisk korrelasjon mellom sædvekt og konsentrasjon for okser på seminstasjonen. Alle sædkvalitetsegenskapene målt på teststasjonen har hatt en uønsket genetisk trend mellom 1994 og 2016. Dette indikerer at andrologitesten og minimumskravene til sædkvalitet før seleksjon av seminokser ikke har vært tilstrekkelig for å øke oksefruktbarheten over tid. Kroppsvekt var positivt korrelert med sædkvalitet, mens gjennomsnittlig tilvekst hadde en uønsket, genetisk korrelasjon til sædkonsentrasjon (-0.25 ± 0,15) og motilitet i fersk prøve (- 0.53 ± 0.34). Genetiske korrelasjoner mellom korresponderende egenskaper på test- og seminstasjonen var høy for volum/vekt (0.83) og konsentrasjon (0.78) og noe lavere for motilitet i fersk prøve (0.49). Vi foreslår å inkludere sædkvalitetsegenskaper i den rutinemessige genetiske evalueringen av NRF for å kunne reversere de uønskede genetiske trendene og avle for okser med bedre sædkvalitet. Genomiske avlsverdier for disse egenskapene kan brukes for å selektere oksekalver, i tillegg til å kunne brukes for å overvåke oksefruktbarheten i populasjonen fremover. Det bør prioriteres å estimere genetiske korrelasjoner mellom sædkvalitet og andre egenskaper i det overordnede avlsmålet til NRF. Slike korrelasjoner mangler i litteraturen og kan være noe av forklaringen for de negative genetiske trendene som her ble observert for sædkvalitetsegenskaper.