Registreringar från automatiska mjölkningssystem som informationskälla i genomisk avelsvärdering

Genomic selection is revolutionizing animal breeding, since selection is based on the joint genetic merit of all SNP alleles across the genome. Lack of accurate and frequent data, however, forms the most important barrier to realize the full potential of genomic selection. There is on the other hand an enormous unexploited potential to utilize measurements taken by voluntary milking systems in breeding decisions. The overall aim is to investigate how data collected by voluntary milking systems can be used for genome-wide prediction of breeding values for udder conformation, using teat coordinates registered by voluntary milk systems and genotype data for cows. Results will be applicable to other on-farm automatic recording devices, for example used for heat detection and measuring
methane emissions, and as such contribute to genetic improvement in animal welfare and health, greenhouse gas emissions and production, amongst others.

Genomisk selektion har medfört en revolution inom husdjursaveln genom att djur kan selekteras baserat på sin genetiska förmåga, skattad med hjälp av tusentals DNA-markörer i genomet. För att skatta effekter av alla markörer krävs noggranna och frekventa registreringar. Brist på registreringar riskerar att bli begränsningen för att kunna utnyttja potentialen med genomisk selektion. Samtidigt utvecklas mätutrustning och sensorer för att ge lantbrukare stöd till förbättrad företagsstyrning. Syftet med detta projekt är att studera hur data från automatiska mjölkningssystem kan användas för att skatta genomiska avelsvärden för juverexteriör, med hjälp av spenkoordinater registrerade i automatiska mjölkningssystem och markörinformation för mjölkkorna. Resultaten är tillämpbara för andra automatiska registreringssystem, som till exempel används för brunstdetektering, och projektet kan på så sätt bädda för ett ökat genetiskt framsteg i egenskaper som bland annat djurvälfärd och reproduktion.

Syftet med studien var att härleda det effektivaste sättet att introducera genomiskt selektion för nya egenskaper, som de som kommer från mjölkrobotar. Vi studerade två delar av denna utmaning: 1) Effektivisering av imputering av genotyper i nordiska mjölkraser 2) Säkerhet av genomisk selektion med hjälp av omfattande simuleringsstudier.
Resultaten visade att imputering av genotyper med hög säkerhet är möjlig med nordisk data, inklusive imputering av icke-genotypade djur. Med hjälp av en referenspopulation på 5000 kor med genotyper och fenotyper kan användbara genomiska avelsvärden (säkerhet > 0,40) erhållas för egenskaper med en måttlig arvbarhet (0,30). När man använder ytterligare fenotypade djur i en så kallades ’single Step’ blir säkerheten för egenskaper med en arvbarhet omkring 0,15 också acceptabelt (> 0,40). För genomisk prediktion av egenskaper med låg arvbarhet (0,05) kommer ytterligare genotypning och fenotypning att krävas före genomförandet av genomiskt selektion.

År 2016 fanns i Sverige 4048 mjölkgårdar med totalt 337 000 kor. Omkring 20% av gårdarna använder en mjölkrobot som motsvarar 1/3 av alla mjölkkor. Omkring 220 gårdar är deltagare i en rutinmässig genotypprogram som koordineras av Viking Genetics och Växa Sverige, motsvarande cirka 10 000 genotypade kor. Ungefär hälften av dessa gårdar använder en mjölkrobot. Mjölkrobotar samlar stora mängder data som för närvarande används främst för rådgivning om skötsel till bönderna. Dessa egenskaper kan också vara värdefulla för selektiv avel, särskilt när det gäller egenskaper som gör djur bättre lämpade för robotmjölkning. I ett tidigare projekt undersökte vi arvbarhet av en rad egenskaper som kan härledas från robotdata. Det drogs slutsatsen att många av dessa egenskaper har måttliga arvbarheten och kan vara lämpliga för selektiv avel.
För 10 år sedan lanserade bioteknikföretaget Illumina ett så kallat SNP-chip för nötkreatur. Detta möjliggör genetisk kartläggning av mer än 50 000 DNA-markörer(positioner i arvsmassan) per djur. Principen för genomisk selektion är att man skattar samband mellan dessa DNA-markörer (s.k. SNPs) och egenskaper av intresse i avelsarbetet för en referenspopulation, t.ex. bestående av redan avkommeprövade tjurar med många döttrar. Med hjälp av dessa skattningar kan man sedan beräkna ett genomiskt avelsvärde –summan av markörernas effekt – för djur utan egna observationer eller avkomma, redan kort efter födseln.
Syftet med studien var att härleda det effektivaste sättet att introducera genomiskt selektion för nya egenskaper, som de som kommer från mjölkrobotar (även kallade frivilliga mjölkningssystem eller VMS). Även om genotypning har blivit billigare, är kostnader fortfarande betydlig när man ska ha 50 000 DNA markörer kartlagt på alla djur i en besättning. Eftersom det finns redan tiotusentals tjurar som är redan kartlagt för 50 000 markörer, då finns det möjlighet att genotypera våra kor (som är besläktat med dessa tjurar) med en mindre mängd markörer (e.g. 7000) och använda så kallade ”imputering” för att skatta information om de andra 43 000 markörer. I första del av studien kollade vi hur effektiv vi kan använda imputering på nordiska mjölkkor. Slutsatsen var att vi kan imputera med rimlig säkerhet för att tillämpa genomisk selektion inom våra nordiska mjölkraser.
Andra delan av studien fokuserade på säkerhet av möjlig genomisk selektion med hjälp av omfattande simuleringsstudier för ett antal scenarier som informerats av tidigare resultat och nuvarande status för genotypning av besättningar i Sverige. Med hjälp av en referenspopulation på 5000 kor med genotyper och fenotyper kan användbara genomiska avelsvärden (säkerhet > 0,40) erhållas för egenskaper med en måttlig arvbarhet (0,30), förutsatt att genotyper är korrekt imputerad till medeltäthet (45 000 SNP). När man använder ytterligare fenotypade djur i en så kallades ’single Step’ modell (dvs utan ytterligare genotypning) blir säkerheten för egenskaper med en ärftlighet omkring 0,15 också acceptabelt (> 0,40). För genomisk selektion av egenskaper med låg arvbarhet kommer ytterligare genotypning och fenotypning att krävas före genomförandet av genomiskt selektion.
Denna studie har visat att genomiskt urval av egenskaper som mäts av mjölkrobotar är tekniskt möjligt i Sverige utan ytterligare investeringar. Lösningar för datautbyte mellan olika ekonomiska intressenter behöver emellertid utveckla innan detta kan bli verklighet.