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.