Identificación e impacto de factores no genéticos y genéticos sobre características de la leche y peso al nacimiento en ganado multirracial de seis municipios del departamento de Norte de Santander

Abstract

El departamento de Norte de Santander se caracteriza por la presencia de la ganadería en gran parte de su territorio; destacando el uso de animales cruzados entre las razas cebuínas con razas especializadas de leche, como un recurso para mejorar la producción, reducir los costos y hacer uso eficiente de la heterosis. Sin embargo, no todos los cruzamientos que se llevan a cabo permiten expresar las ventajas que se esperan y la incorrecta implementación de lineamientos zootécnicos pueden acelerar la presencia de problemas de adaptación y producción. Por tal razón, estudiar las características de tipo productivo en ganado multirracial y los factores genéticos y no genéticos que son responsables de su variación es de suma importancia para estimular el correcto uso de estos animales. El objetivo de este trabajo fue identificar y reconocer el impacto de factores no genéticos y genéticos sobre características de la leche y peso al nacimiento en ganado multirracial de seis municipios del departamento de Norte de Santander. Para tal propósito se trabajó con una población de hembras multirraciales provenientes de diferentes zonas del país utilizadas como receptoras y con crías 1/2 Holstein x 1/2 Gyr y 5/8 Holstein x 3/8 Gyr. Para dar respuesta al objetivo uno se realizó una caracterización fenotípica relacionando las características de la leche y peso al nacimiento con los factores de región, sistema productivo, pasturas, época de control, días en leche, edad al primer parto y condición corporal para las características de la leche en las hembras receptoras; y los factores región, sistema productivo, pasturas, edad de la madre al parto, época de nacimiento y componente racial para el peso al nacimiento de las crías. Se tuvo un total de 584, 644, 197, 517 y 167 datos para producción de leche (PL), porcentaje de proteína (PP), porcentaje de grasa (PG), recuento de células somáticas (RCS) y peso al nacimiento (PN), respectivamente. Posteriormente, para dar respuesta al objetivo dos, se realizó una caracterización genómica y fueron incluidos en los análisis 86.499 SNPs de 855 hembras receptoras multirraciales y 87.866 SNPs de 259 crías. Se realizó un análisis de componentes principales (PCA) para validar la dispersión de las poblaciones cruzadas con relación a las poblaciones puras, se estimó la pureza racial del modelo de población basado en un método de agrupación y se estimaron los valores de desequilibrio de ligamiento (LD) por medio del estadístico r2. Finalmente, para dar respuesta al objetivo tres, la información fenotípica y genómica fue unificada obteniendo información para 186 hembras y 141 crías. Los datos relacionados con la leche fueron sometidos a diferentes modelos y distribuciones bajo una estrategia incremental con el fin de determinar a qué modelo se ajustaban mejor los datos. En el peso al nacimiento se evaluó un modelo lineal clásico con distribución normal. Luego de la obtención de los mejores modelos para cada característica se realizaron las predicciones de los valores esperados de algunos animales con ayuda de la función predict. Se encontraron valores de media de 3,06 ± 1,40 kg para PL, de 3,21 ± 0,40 % para PP, de 3,32 ± 0,77 % para PG, de 356,67 ± 255,73 x10^3 cel/ml para RCS y de 30,92 ± 4,69 kg para PN. Se encontró asociación de efectos no genéticos con variables categorizadas de las características de la leche y PN. Para el análisis de componentes principales en las hembras se encontró que el componente principal 1 explicó el 44,39 % de la variación relacionada con la diferenciación genómica presente entre animales del grupo Bos primigenius indicus y Bos primigenius taurus. En el segundo componente principal se logró explicar el 14,6 % de la variación relacionada con la diferenciación entre animales del grupo Bos primigenius taurus. Para el caso de las crías el componente principal 1 explicó el 30,22 % de la variación relacionada con la diferenciación presente entre animales del grupo Bos primigenius indicus y Bos primigenius taurus, mientras que el segundo componente principal explicó el 9,28 % de la variación observándose una diferenciación con relación al toro utilizado como padre. Se determinó que el menor error en la validación para hembras receptoras se correspondió con 7 (k = 7) grupos genéticos, utilizando como referencia las razas Pardo Suizo, Gyr, Brahman, Criollo Guadalupe, Holstein, Jersey, Romosinuano y Senepol. Por otro lado, el menor error para la validación en crías fue evidenciado con 2 (k = 2) grupos genéticos, asociados a las razas Gyr y Holstein. De igual manera, se obtuvo una media de r2 de 0,096, 0,146 y 0,175 para una distancia máxima de 400 kb en hembras receptoras, crías 1/2 Holstein x 1/2 Gyr y 5/8 Holstein x 3/8 Gyr, respectivamente. El modelo lineal generalizado mixto con distribución gamma fue el que mejor se ajustó a los datos para PL (AIC = 1687,30 y BIC = 1748,40), PP (AIC = 600,9 y BIC = 632,2) y RCS (AIC = 7051,77 y BIC = 7090,00). Para PG el mejor modelo fue el modelo lineal generalizado mixto con distribución inversa Gaussiana con un AIC de 394,30 y un BIC de 423,80. Finalmente para PN el modelo lineal clásico fue el seleccionado con un AIC de 983,10 y un BIC de 1001,86. Existe una variación de magnitud media a alta de las características incluidas en el estudio dentro de la población multirracial evaluada, lo que hace, en parte, que los sistemas doble propósito sean poco eficientes ya que no hay estándares que permitan unificar el manejo de los animales dentro de los hatos. Se evidencio que existen factores no genéticos que pueden incidir sobre la variación de características de la leche y de peso al nacimiento. El análisis de componentes principales realizado sobre las hembras receptoras permitió evidenciar una relativa baja definición de la estructura poblacional, corroborando la presencia de eventos de mestizaje en esta población, como consecuencia de la falta de seguimiento genealógico y la realización de cruzamientos no dirigidos. Por su parte, el análisis de componentes principales realizado en las crías permitió diferenciar la población de crías con relación a los toros utilizados, evidenciando la existencia de posibles procesos de selección diferentes sobre estos lo que a su vez podría implicar variabilidad en los parámetros productivos de las crías de esta población. La aproximación obtenida por medio del análisis de estructura poblacional permitió identificar de forma efectiva 7 grupos genéticos que posteriormente fueron agrupados en 3 componentes genéticos para la conformación de las hembras receptoras estudiadas, ayudando a robustecer las apreciaciones fenotípicas realizadas en campo. De igual manera, permitió corroborar la composición racial de las crías obtenidas, lográndose identificar de forma efectiva los 2 grupos genéticos presentes en la conformación de esta población. El valor del estimativo de r2 observado para las crías 1/2 Holstein x 1/2 Gyr y crías 5/8 Holstein x 3/8 Gyr, deja ver que la raza Holstein ha sido sometida por mucho más tiempo a procesos de selección intensivos en comparación con la raza Gyr y que los reproductores utilizados han sido fuertemente seleccionados para diversas características productivas. Por otro lado, los menores valores observados para la población de hembras receptoras pueden deberse a la poca o nula selección que se ha realizado sobre estas y a posibles eventos de recombinación ocurridos durante su desarrollo. (Texto tomado de la fuente)

The department of Norte de Santander is characterized by the presence of livestock in a large part of its territory; highlighting the use of crossbred animals between the zebu breeds with specialized dairy breeds, as a resource to improve production, reduce costs and make efficient use of heterosis. However, not all the crosses that are carried out allow expressing the expected advantages and the incorrect implementation of zootechnical guidelines can accelerate the presence of adaptation and production problems. For this reason, studying the characteristics of the productive type in multiracial cattle and the genetic and non-genetic factors that are responsible for their variation is of the utmost importance to stimulate the correct use of these animals. The objective of this work was to identify and recognize the impact of non-genetic and genetic factors on milk traits and birth weight in multiracial cattle from six municipalities in the department of Norte de Santander. For this purpose, we worked with a population of multiracial females from different areas of the country used as recipients and with offspring 1/2 Holstein x 1/2 Gyr and 5/8 Holstein x 3/8 Gyr. To respond to objective one, a phenotypic characterization was carried out relating the traits of milk and birth weight with the factors of region, production system, pastures, control season, days in milk, age at first calving and body condition for the traits of milk in recipient females; and the factors region, productive system, pastures, age of the mother at delivery, birth season and racial component for the birth weight of the calves. There was a total of 584, 644, 197, 517 and 167 data for milk production (PL), protein percentage (PP), fat percentage (PG), somatic cell count (RCS) and birth weight (PN), respectively. Subsequently, to respond to objective two, a genomic characterization was carried out and 86,499 SNPs from 855 multiracial recipient females and 87,866 SNPs from 259 offspring were included in the analyses. Principal component analysis (PCA) was performed to validate the dispersion of the crossbred populations relative to the pure populations, the racial purity of the population model based on a clustering method was estimated, and linkage disequilibrium values (LD) by means of the r2 statistic. Finally, to respond to objective three, the phenotypic and genomic information was unified, obtaining information for 186 females and 141 offspring. Milk-related data were subjected to different models and distributions under an incremental strategy to determine which model the data best fit. For birth weight, a classical linear model with normal distribution was evaluated. After obtaining the best models for each trait, the predictions of the expected values of some animals were made with the help of the predict function. Average values of 3.06 ± 1.40 kg were found for PL, 3.21 ± 0.40% for PP, 3.32 ± 0.77% for PG, 356.67 ± 255.73 x10 ^3 cells/mL for RCS and 30.92 ± 4.69 kg for PN. Association of non-genetic effects with categorized variables of milk traits and PN was found. For the principal component analysis in females, it was found that the principal component 1 explained 44.39 % of the variation related to the genomic differentiation present between animals of the Bos primigenius indicus and Bos primigenius taurus groups. In the second principal component, it was possible to explain 14.6 % of the variation related to the differentiation between animals of the Bos primigenius taurus group. In the case of the offspring, the principal component 1 explained 30.22 % of the variation related to the differentiation present between animals of the Bos primigenius indicus and Bos primigenius taurus groups, while the second principal component explained 9.28 % of the variation, observing a differentiation in relation to the bull used as father. It was determined that the lowest validation error for recipient females corresponded to 7 (k = 7) genetic groups, using the Brown Swiss, Gyr, Brahman, Criollo Guadalupe, Holstein, Jersey, Romosinuano and Senepol breeds as reference. On the other hand, the lowest error for validation in offspring was evidenced with 2 (k = 2) genetic groups, associated with the Gyr and Holstein breeds. Similarly, a mean r2 of 0.096, 0.146 and 0.175 was obtained for a maximum distance of 400 kb in recipient females, 1/2 Holstein x 1/2 Gyr and 5/8 Holstein x 3/8 Gyr offspring, respectively. The mixed generalized linear model with gamma distribution was the best fit to the data for PL (AIC = 1687.30 and BIC = 1748.40), PP (AIC = 600.9 and BIC = 632.2) and RCS (AIC = 7051.77 and BIC = 7090.00). For PG, the best model was the mixed generalized linear model with inverse Gaussian distribution with an AIC of 394.30 and a BIC of 423.80. Finally, for PN, the classical linear model was selected with an AIC of 983.10 and a BIC of 1001.86. There is a variation of medium to high magnitude of the traits included in the study within the multiracial population evaluated, which makes, in part, that the dual-purpose systems are inefficient since there are no standards that allow unifying the management of animals within the herds. It was evidenced that there are non-genetic factors that can affect the variation of milk traits and birth weight. The principal components analysis carried out on the recipient females revealed a relatively low definition of the population structure, corroborating the presence of interbreeding events in this population, because of the lack of genealogical follow-up and the performance of non-directed crosses. For its part, the analysis of principal components carried out on the calves allowed to differentiate the population of calves in relation to the bulls used, evidencing the existence of possible different selection processes on these, which in turn could imply variability in the productive parameters of the offspring of this population. The approximation obtained through the population structure analysis made it possible to effectively identify 7 genetic groups that were later grouped into 3 genetic components for the conformation of the recipient females studied, helping to strengthen the phenotypic assessments made in the field. In the same way, it allowed to corroborate the racial composition of the offspring obtained, being able to effectively identify the 2 genetic groups present in the conformation of this population. The value of the estimate of r2 observed for the offspring 1/2 Holstein x 1/2 Gyr and offspring 5/8 Holstein x 3/8 Gyr, shows that the Holstein breed has been subjected for much longer to intensive selection processes in comparison with the Gyr breed and that the breeders used have been strongly selected for various productive traits. On the other hand, the lower values observed for the population of recipient females may be due to the little or no selection that has been made on them and to possible recombination events that occurred during their development.