Genomic and quantitative genetic analyses of female fertility and calving traits in German Holstein cattle using alternative random regression modelling approaches

von Sina Sakhaei Far

122 Seiten, Taschenbuch

Kurzbeschreibung des Verlags

Diese Dissertation untersucht umfassend die genetische Architektur weiblicher Fruchtbarkeits- und Kalbeeigenschaften bei Deutschen Holsteinrindern. Aufgrund ihrer geringen Heritabilität, starken Umweltabhängigkeit und komplexen biologischen Regulation zählen Reproduktionsmerkmale zu den Merkmalen, die am schwierigsten mittels züchterischer Methoden verbessert werden können. Ziel der Arbeit ist es daher, die genetische Bewertung für Merkmale wie Non-Return-Rate nach 56 Tagen (NRR56), Kalbe-Erstbesamungs-Intervall (CTFS), Güstzeit (DO), Kalbeverlauf (CE) und Totgeburtenrate (SB) mittels weiterentwickelter statistischer Modelle für longitudinale Datenstrukturen, tiefgreifender genomischer Analysen und der Aufklärung physiologischer und biologischer Mechanismen zu verbessern. Kapitel 1 bietet eine umfassende Einführung in die Reproduktionsbiologie des Milchviehs und beschreibt die wichtigsten Fruchtbarkeits- und Kalbeeigenschaften sowie ihre wirtschaftliche und tierwohlbezogene Bedeutung. Das Kapitel erläutert Management-, Verhaltens-, Gesundheits- und genetische Einflüsse auf die Reproduktionsleistung und zeigt die Grenzen klassischer genetisch-statistischer Modelle auf, welche konstante genetische Effekte über die Zeit annehmen. Darauf aufbauend werden Random-Regression-Modelle (RRM) und longitudinale genomweite Assoziationsstudien (GWAS) vorgestellt, die zeitabhängigen genetischen Veränderungen adäquat berücksichtigen können. Das Kapitel schließt mit den Zielen der Arbeit: die Schätzung laktationsspezifischer genetischer Parameter, die Integration genomischer Informationen in statistische Vorhersagemodelle und die funktionelle sowie physiologische Interpretation relevanter Genregionen. Kapitel 2 analysiert die weiblichen Fruchtbarkeitsmerkmale NRR56, CTFS und DO im quantitativ-genetischen Kontext. Auf Basis von mehr als 592.000 Fruchtbarkeitsdaten und 21.300 genotypisierten Kühen werden verschiedene Modellierungsansätze für longitudinale Datenstrukturen verglichen: Mehrmerkmals-Tiermodell, Wiederholbarkeitsmodell und RRM. Die Ergebnisse zeigen, dass genetische Varianzen und Heritabilitäten mit zunehmender Laktationsnummer ansteigen, wobei besonders deutliche Unterschiede zwischen Färsen und Kühen beim Merkmal NRR56 auftreten. Die genetischen Korrelationen im gleichen Merkmal über die Laktationen hinweg nehmen mit zunehmender Paritätsdistanz ab, was auf dynamische genetische Kontrollmechanismen hinweist – verschiedene Gene sind für das gleiche Fruchtbarkeitsmerkmal in unterschiedlichen Laktationsnummern von Bedeutung. Kapitel 2 zeigt, dass RRM zeitpunkt-spezifische Zuchtwertschätzungen ermöglichen, was eine präzisere Selektion von Besamungsbullen gemäß den Altersstrukturen der Milchviehherden impliziert. Kapitel 3 widmet sich longitudinalen GWAS-Analysen. Durch die Modellierung zeitabhängiger SNP-Effekte über sechs Laktationen hinweg werden Genregionen identifiziert, deren Einfluss sich über die Reproduktionszyklen verändert. Die Analyse detektiert potenzielle Kandidatengene wie CSMD1, TMEM132C, DCHS2 und CSNK1A1, die an Zelladhäsion, hormoneller Regulation, Eizellreifung und Zellproliferation beteiligt sind. GO- und KEGG-Analysen der physiologischen Mechanismen und biologischen Kausalitäten unterstreichen die zentrale Rolle der Hippo-, Wnt- und GnRH-Signalwege. Diese Ergebnisse verdeutlichen, wie wichtig passende Modelle für longitudinale Datenstrukturen sind, um polygen gesteuerte Fruchtbarkeitsmerkmale korrekt abzubilden und die diesbezüglichen ursächlichen genetischen Mechanismen zu verstehen. Kapitel 4 untersucht Kalbeeigenschaften (CE und SB) anhand dreier Modellierungsansätze: ein klassisches Tiermodell mit direkten und maternalen Effekten aus der Perspektive des Kalbens sowie ein Mehrmerkmalsmodell und ein RRM mit einer Zuordnung von CE und SB zu den Muttertieren mit anschließender laktationsspezifischer Merkmalsanalyse. Anhand von über 450.000 Kalbedaten zeigt sich, dass maternale genetische Effekte entscheidend zur Modellgüte beitragen und dass die mittels RRM geschätzten Varianzkomponenten sehr gut in einen biologischen Kontext eingeordnet werden können. Im Vergleich zu eher traditionellen genetischen Analysen von CE und SB konnten tendenziell höhere direkte und maternale Heritabilitäten geschätzt werden. Dennoch waren die genetischen Korrelationen im gleichen Merkmal aus verschiedenen Laktationen mit > 0,80 recht hoch, was mittels Ranganalysen auf Basis der Bullenzuchtwerte bestätigt wurde. Kapitel 5 fasst die Erkenntnisse der einzelnen Kapitel zusammen und vertieft die dynamischen genetischen Strukturen reproduktiver Merkmale der weiblichen Fruchtbarkeit von Milchrindern. Final bleibt festzuhalten, dass sich RRM besonders gut zur Abbildung dieser Dynamik eignen. Longitudinale GWAS sollten angewendet werden, um funktionelle Erkenntnisse zeitabhängiger Genregulation zu generieren. Insgesamt legt diese Arbeit eine Grundlage für innovative Zuchtwertschätzungssysteme auf Basis wiederholter Messungen von Reproduktionsmerkmalen bei Milchkühen, die auch Modellcharakter für andere funktionale Merkmale in der Rinderzucht haben können.

• Reihe: Edition Scientifique
• Themen: Technologie, Ingenieurswissenschaft, Landwirtschaft, Industrieprozesse Landwirtschaft Agrarwissenschaften
• ISBN: 9783835972759
• Sprache: Englisch
• Erscheinungsdatum: 19.04.2026
• Größe: 21 x 14.8 cm
• Verlag: VVB Laufersweiler Verlag