德国奶牛育种值评估的优势 聚焦荷斯坦奶牛使用年限，终身产奶量以健康性状

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2 德国奶牛育种值评估的优势 聚焦荷斯坦奶牛使用年限，终身产奶量以健康性状
Advantages of German Cattle Breeding Evaluation focusing on Longevity, Lifetime Production and Health Traits in Holsteins 刘增廷 博士 Zengting Liu VIT德国数据处理中心 vit - IT Solutions for Animal Production, Germany

3 大纲 Overview Breeding goal of German Holstein
德国奶牛育种 Dairy cattle breeding in Germany 德国荷斯坦牛的育种目标 Breeding goal of German Holstein 使用年限，终生产奶量以及健康性状 Longevity, lifetime production and health traits 母牛的基因型测定 Routine genotyping of female animals 结论和讨论 Conclusions and Discussion

4 德国的奶牛育种 Dairy cattle breeding in Germany
1270万头牛 12.7 million cattle 426.7万头奶牛 4,267,000 dairy cows 79500个牧场 79,500 farms 88%的奶牛参加乳品检测 88% milk recording 66%的奶牛登记在种畜登记册上 66% herdbook 多余90%的奶牛进行人工授精（420万头奶牛进行首次配种） >90% AI (4.2 mln first inseminations)

5 德国的奶牛育种 cattle breeding in Germany
奶牛品种 Dairy cattle breeds 65% 荷斯坦牛 65% Holstein 25% 弗莱维赫牛 25% Fleckvieh 5% 褐牛 5% Brown Swiss 5% 其它品种 （1.5% 杂交品种） 5% others (1.5% crossbreds) Holstein Fleckvieh Brown Swiss

6 德国的奶牛育种 Dairy cattle breeding in Germany
组织结构 Organizational structure 地区性的乳品检测中心， 公牛站以及系谱登记 Regional DHI, AI and herdbook 多数情况下种公牛站和系谱登记合并 AI and HB mostly merged 数据处理集中化 Data processing centralized

7 德国总估计育种值 German total merit index RZG
相对育种值 平均数 100 标准差 12 RZG Relative breeding values expressed on 100/12 scale Last revision in 2008 产犊难易 RZM milk production index F&L, Udder RZN longevity RZR Daughter fertility RZS SCS RZKm 产奶性状估计育种值 肢蹄，乳房 使用年限估计育种值 女儿繁殖力 体细胞数 45% milk production traits Earning traits 15% funct. conform. 40% functional traits Cost saving traits 产奶性状所占权重为45% 经济性状 作用和体型外貌性状所占权重为15% 作用性状所占权重为40% 成本节约性状 上次修订2008

8 2000年各国总价值指数比较 Total Merit Index by country in 2000
Germany and Denmark first have had TMI including all economically important traits 德国和丹麦最先将所有重要的经济性状算入总价值指数 德国 美国-TPI 美国-NM＄ 加拿大 法国 荷兰 意大利 丹麦 英国 西班牙 生产性能 体型外貌 体细胞数 使用年限 繁殖 产犊 其它

9 2017年各国总估计育种值比较 Total Merit Index by country in 2017
All country TMIs with all trait components German RZG since 1996 德国 美国-NM＄美国-TPI 加拿大 法国 荷兰 意大利 丹麦 英国 西班牙 所有国家已将所有性状算入总价值指数 德国自1996起就已有总估计值育种值RZG

10 使用年限的估计育种值 Genetic evaluation for longevity
自1996年起，进行长寿性状育种值评定世界领先之一 Since 1996, among the first countries 自2001年起，使用年限在总育种值中占20%的权重 20% weight in RZG since 2001 存活率估计育种值的统计模型限制，母牛没有育种值 Limitation of survival analysis, e.g. no cow proofs 自2018年4月出现新的多次泌乳期动物模型用于育种值计算 A new multi-parity animal model since April 2018

11 淘汰原因 Culling reasons (I)
频率 代谢疾病 肢蹄 Metabolic Diseases Feed & Legs 频率 days in milk days in milk 泌乳天数 泌乳天数 泌乳期

12 淘汰原因 Culling reasons (II)
频率 乳房炎 不孕 频率 Mastitis Infertility days in milk days in milk 泌乳天数 泌乳天数

13 淘汰原因 Culling reasons (III)
挤奶速度 Milking speed 泌乳期

14 新模型的性状定义 Trait definition of the new model
不同泌乳期和同一泌乳期不同泌乳阶段的淘汰原因不同 Culling reasons differ between lactations / stages 线性动物模型用于存活率的育种值计算 A linear animal model for survival / stayability 3个泌乳期x每个泌乳期三个泌乳阶段=9个性状 3 lactations x 3 stages = 9 traits 使用年限估计育种值使用存活功能 Total longevity RZN using survival function 泌乳期1 泌乳期2 泌乳期3 250天到下一次分娩 250天到下一次分娩 250天到下一次分娩

15 跨时间比较模型 Model comparison across time
2012年8月的早期和2016年12月后期评估比较 Early Aug 2012 vs later evaluation Dec 2016 新模型有更高的相关系数 Higher correlation for the new model 公牛出生年份

16 终生产奶量 Lifetime production
每年奶产量以及功能寿命 Milk production per year and herd life 荷斯坦终生奶产量每年增加大概475千克 Milk yield gain c.a. 475 kg per year in Holstein 终生产奶量 kg 荷斯坦 荷斯坦 淘汰年份

17 父亲育种值和女儿产奶量 Sire proofs and daughter yields
在畜群之内比较奶牛 Comparison of cows within herd 两组公畜女儿之间在奶产量上有1170kg的差异 Difference of 1170 kg milk between daughters of the two groups of sires 估计育种值在最高25%和最低25%的公畜女儿在第三个泌乳期的产奶量 第三个泌乳期的奶产量 公畜估计育种值 Sire EBV -459 kg Sire EBV +1,005 kg 最低25%种公牛 最高25%种公牛 Bottom 25% Top 25%

18 父亲育种值和女儿功能寿命 Sire proofs and daughter herd life
两组公畜女儿在功能寿命上有213天的差异 Difference of 213 days herd life of daughters of the two sire groups 使用年限估计育种值在前25%和后25%的公畜女儿的功能寿命 功能寿命（天数） 父亲使用年限育种值 Sire RZN 86.7 Sire RZN 112.1 Bottom 25% Top 25% 最低25%种公牛 最高25%种公牛

19 直接健康性状 Direct health traits
指标性状评估：体细胞评分以及生育能力性状 Evaluations of indicator traits: somatic cell scores and fertility traits 德国健康性状的数据收集 Data recording of health traits in Germany 内部常规和基因组评估 Internal conventional and genomic evaluations

20 新型健康性状数据 Data of the novel health traits
来自GKUHplus项目以及试验场 From projects GKUHplus and Test-Herden 标准化数据记录：兽医诊断以及农民报告和日常修蹄 Standardized data recording: veterinary diagnoses and farmer reporting and routine hoof trimming 四组健康性状 Four groups of health traits 乳房健康、代谢稳定、繁殖障碍和肢蹄健康 Udder health, metabolic stability, reproduction disorders and claw health 数据资料至2017年12月 Data materials till December 2017 条提供信息的胎次记录 1,417,382 informative parity records

21 基因组参考种群 Genomic reference populations
Trait 性状 Abbreviation 缩写 Bulls 公牛 Cows 奶牛 ALL 所有 Mastitis 乳房炎 MAS 5574 61550 67124 Interdigital Hyperplasia 趾间增生 CIH 4649 38992 43641 Laminitis 蹄叶炎 CLA 4642 39283 43925 White Line 白线病 CWL 4656 39132 43788 Claw Ulcers 牛蹄溃烂 CCU 4469 33362 37831 Phlegmone 蜂窝织炎 CPH 4388 32174 36562 Digital Dermatitis 蹄炎 CDD 4608 40915 45523 Claw Health Index 肢蹄健康指标 CHI 4837 46046 50883 Ketosis 酮病 KET 5268 53895 59163 Milk Fever 乳热病 MIF 5197 51440 56637 Displaced Abomasum Left 皱胃左方移位 DAL 5038 47929 52967 Metabolic Index 代谢指标 MBI 5297 54745 60042 Cycle disturbance (ovarian cysts) 周期干扰（卵巢囊肿） OVZ 4819 36844 41663 Retained placenta 胎衣不下 NGV 5351 49115 54466 Endometritis 子宫内膜炎 MET 4905 43501 48406 Reproduction Index 繁殖指标 RPI 5468 52443 57911

22 基因组评估的验证 A genomic validation study
截短的表型数据来模拟基因组预测 Truncate phenotype data to simulate forward genomic prediction 参考公牛在2011年之前或者2011年出生，验证公牛在2012年或者2012年之后 Reference bulls born before or in 2011, validation bulls in or after 2012 参考母牛在2014年之前或者2014年出生，验证母牛在2015年或者2015年之后 Reference cows born before or in 2014, validation cows in or after 2015 如果验证公牛的女儿在截短的参考种群中, 验证公牛则被排除在外 Validation bulls with daughters in the truncated reference population were excluded 截短的参考种群大小 Truncated reference population size 乳房炎（MAS）：5066公牛 奶牛 = 50513 Mastitis (MAS): bulls + 45,447cows= 50,513

23 Validating genomic EBV 验证基因组估计的育种值
基于来自缩短的参考种群的基因组估计育种值，验证母牛平均分配在4个组内 Validation cows equally divided in 4 quarters based on GEBV from the truncated ref. pop. 表型数据在4个组之间进行比较 Phenotype data compared among the 4 groups 模型：y (0/1) = µ + 农场+ 基因组估计育种值组 + e Model: y (0/1) = µ + herd + GEBV_Group + e 对于特定性状，只有在畜群中有大于或等于一头病奶头时采用 Only herds with >= 1 sick cow for a given trait

24 验证奶牛中乳腺炎表型差异 Phenotypic difference in Mastitis between validation cows
发生率最小二乘均数 基因组估计育种值均值 LS mean of Incidents Mean GEBV 最低25% 第2组 第3组 最高25%

25 德国KuhVision育种项目

26 德国KuhVision育种项目的背景 Background of KuhVision
自2009德国荷斯坦的公牛育种使用欧洲联合基因组选择公牛参考群 EuroGenomics reference bull population for German Holsteins since 2009 年轻参考公牛在基因组上的预选 Young reference bulls genomically pre-selected 基因组无偏预测，甚至更高的准确性 Unbiased genomic prediction and even higher accuracy 由于基因分型成本降低, 德国很多农场则推行全群基因分型 Lower genotyping costs for whole herd genotyping 更高效的畜群管理 More efficient herd management

27 KuhVision育种项目情况 Facts of KuhVision
于2016年1月正式推出 Officially launched on 01 June 2016 2018年1月9号的情况 Status quo on 09 Jan 2018 多于730个畜群参加，140个畜群参与基因分型 > 730 herds participating, 140 herds genotyping 使用超过220000（第三个）耳标，多于180000头年青母牛参与估计基因组育种值 > 220,000 (third) eartags, > 180,000 female animals GEBV 51000头奶牛产犊 51,000 cows calved 大概40000头奶牛进行体型外貌鉴定 c.a. 40,000 cows classified

28 第三个耳标 Third eartag

29 德国和卢森堡的牛场 Herds in Germany and Luxembourg

30 德国KuhVision育种项目：机会 KuhVision: Chances
针对畜群管理 For your herd management 定制选配 Customized mating 早期选择决定 Early selection decision 减少饲养成本 Minimizing cost of raising 更高的遗传进展 Higher genetic progress 提高效率 Increasing efficiency 不仅仅基于表型进行选配 Not only mating based on phenotypes 还可以针对后期测试性状进行最优考虑 Late measured traits can be also optimally considered 考虑到遗传性状 Accounting for genetic traits

31 亲子鉴定 Parentage discovery
使用200个SNP标记进行亲子鉴定 Parentage verification using 200 SNP markers 在进行过基因分型的所有公牛基础上寻找父系 Find sire based on all male genotyped animals 这项服务开始于2016年8月30日 Service since 30 August 2016

32 确认基因组育种值的证据 Confirmation of genomic proofs
早期年轻母牛基因组估计育种值计算中没有母牛自身的表型数据 Earlier genomic EBV for young females without own phenotype data 参与验证的奶牛的表型记录（2018年4月） Phenotype records of genotyped cows (Apr 2018) 早期基因组估计育种值计算被平均分为4组 Earlier GEBV equally divided in 4 quarters 在4个估算基因组育种值群组之间，进行畜群内奶牛表型偏差比较 Phenotypic within-herd deviation of the cows compared among the 4 GEBV groups

33 第一个泌乳期的奶产量 Milk yields of first lactation
基因组估计育种值 奶产量 kg 奶产量（第一个泌乳期，305天） 表型平均产奶量 kg 基因组估计育的奶产量平均数 kg 基因组估计育种值最低25% 基因组估计育种值最高25%

34 第一个泌乳周期中的未返情率 Non-return rate of first lactation
基因组56天未返情率估计育种值 56天未返情率%（第一个泌乳期） 基因组未返情率估计育种值 表型平均56天非返情率% 基因组估计育种值最低25% 基因组估计育种值最高25%

35 头胎出生死亡 Stillbirth of first parity
基因组估计出生死亡育种值 出生死亡率 表型平均出生死亡率% 基因组出生死亡估计育种值 基因组估计育种值最低25% 基因组估计育种值最高25%

36 体细胞数 Somatic cell counts
基因组乳房性状估计育种值 第一个泌乳期中的第一个到第三个白天的平均体细胞数 表型平均体细胞数1000 基因组乳房性状估计育种值 基因组估计育种值最低25% 基因组估计育种值最高25%

37 淘汰率（排除生产原因） Culling rate (excluding reason for production)
基因组乳房性状估计育种值 第一个泌乳期淘汰率 基因组乳房性状估计育种值 表型平均淘汰率% 基因组估计育种值最低25% 基因组估计育种值最高25%

38 泌乳速度（千克/分） Milk flow rate (kg/min)
基因组泌乳速度估计育种值 泌乳速度（千克/分） 基因组泌乳速度估计育种值 表型平均泌乳速度（千克/分） 基因组估计育种值最低25% 基因组估计育种值最高25%

39 结论和讨论(I) Conclusions and discussion (I)
德国荷斯坦的总价值指标在很长一段时间里都在重点 关注功能性状 German Holstein with a long history of TMI focusing on functional traits 新的长寿性状遗传评定模型提供了更准确和更早的传 统遗传和基因组育种值估计 The new longevity model leads to more accurate and earlier genetic and genomic breeding values 终生产奶量取得了显著的进展 Significant progress made in lifetime production 对新的健康性状建立起了传统遗传/基因组评估系统 From data recording to genetic/genomic evaluation developed for the novel health traits

40 结论和讨论(II) Conclusions and discussion (II)
通过KuhVision数百万头奶牛将要加入德国奶牛基因 组参考种群 Millions of cows will be added to genomic reference population via KuhVision 母牛基因组育种值估计对高效畜群管理来说非常理想 Female animal GEBV are ideal for efficient herd management 考虑到遗传性状的定制化选配 Customized mating accounting for genetic traits 德国KuhVision育种项目为德国荷斯坦几十年后的育 种奠定了基础 KuhVision as foundation for the decades to come for German Holstein breeding

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42 乳品检测数据（2017） Milk recording data (2017)
来自44,212个牧场的3,655,659头奶牛, 占德国奶牛总数的87% 3,655,659 cows from 44,212 farms, 87% dairy 83头产奶牛/德国牧场 83 milking cows / herd nationwide 东部 (荷斯坦)：330，西北部(荷斯坦)：100 East (HOL): 330, Northwest (HOL): 100 南部 (弗莱维赫和褐牛)：50 South (FLV & BSW): 50 参加乳品检测的奶牛每年每头奶牛的生产水平 Production level per year per cow in DHI 213万头荷斯坦牛 9167公斤，乳脂率4.04% 乳蛋白率3.42% （323天泌乳天数） 2.13 mln HOL 9,167 kg, 4.04% F, 3.42% P (323 days) 23万头红荷斯坦牛 8208公斤，乳脂率 4.18%，乳蛋白率3.46% （泌乳天数320天） 0.23 mln Red HOL, 8,208, 4.18% F, 3.46% P (320 days)

43 奶牛育种中数据传输 Data flow in dairy cattle breeds
识别和登记 牧场 出生日期 产犊难易 牛号 母牛信息 性别 人工授精站（母牛信息） 配种公牛 配种日期 乳品检测（数据收集） 数据验证和确认 产奶性能 自然配种 淘汰原因 种畜登记册 体型外貌评定 销售，拍卖，牛展 育种值评估 41个单个性状 许多指标

44 乳品检测数据（2017） Milk recording data (2017)
乳品检测计划 Milk recording schemes (% cows) 检测频率：全群牛每四周进行一次乳品检测 Frequency: 100% 4 weeks schemes 方法：52%官方测奶员(A), 牧场（B） Method: 52% supervised (A), owner (B) 13% 自动挤奶系统 13% automatic milking systems (AMS) 种畜登记: 占参加乳品检测奶牛的76.7%，占全群奶牛的67% Herdbook registration: 76.7% of all cows in DHI and 67% of all dairy cows

45 荷斯坦奶牛的遗传进展 Genetic progress in Holstein cows
遗传进展/年 所有使用精液的平均（基因组）估计育种值 Average (G)EBV of all used semen straws 基因组选择使得总估计育种值（RZG）的遗传进展增加一倍 Genomic selection doubled genetic progress in RZG 荷斯坦牛 全部配种精液 RZG 总育种值 RZM 产奶 RZE 体型外貌 RZS 体细胞数 RZN 使用年限 RZR 繁殖 RZKm 母性产犊难易 配种年份

46 奶牛的育种值估计 Genetic evaluation for dairy breeds
Complex/traits 复合/性状 相对育种值 Relative Index Milk production 产奶性能 ==> RZM 产奶性状育种值 产奶量, 乳脂含量，乳蛋白含量，乳脂率，乳蛋白率 kg-milk, kg-fat, kg-protein, % fat, % protein Udder Health 乳房健康 ==> RZS 乳房性状育种值 体细胞数分级 Somatic Cell Score Conformation 体型外貌 ==> RZE 体型外貌育种值 19个线性性状，4种体型类型 19 linear traits, 4 characteristics Longevity 使用年限 ==> RZN 使用年限育种值 使用年限，预测性状 Functional herd life, predicting traits Daughter fertility 女儿繁殖性状 ==> RZR 女儿繁殖性状育种值 从发情周期开始，4个妊娠性状 Begin of cycle, 4 conception traits Calving traits 产犊性状 ==> RZK 产犊难易性状育种值 产犊难易，死胎率 （母亲的/父亲的）Calving ease, still birth rate (maternal/direct) Other functional traits 其它作用性状 挤奶速度，脾性，产奶持久性，公牛繁殖力 milking speed, temperament, persistency, bull fertility, …..

47 遗传参数 Genetic parameters
Trait 性状 Abbreviation 缩写 Heritability 遗传可能性 Index Weight 指标权重 Early Mastitis (DIM -10 to 50) 乳腺炎早期 UEM 0.029 0.60 Late Mastitis (DIM > 50) 乳腺炎炎晚期 ULM 0.072 0.40 Mastitis Index 乳腺炎指数 MAS 0.080 Interdigital Hyperplasia 趾间增生 CIH 0.113 0.10 Laminitis 蹄叶炎 CLA 0.030 0.15 White Line 白线病 CWL 0.060 Claw Ulcers 牛蹄溃烂 CCU 0.110 Phlegmone 蜂窝织炎 CPH 0.085 Digital Dermatitis 蹄炎 CDD 0.117 0.30 Claw Health Index 肢蹄健康指标 CHI 0.112 Ketosis 酮病 KET 0.027 0.25 Milk Fever 乳热症 MIF 0.041 Displaced Abomasum Left 皱胃左方移位 DAL 0.50 Metabolic Index 代谢指数 MBI 0.042 Cycle Disturbance (ovarian cysts) 周期干扰（卵巢囊肿） OVZ 0.047 Retained Placenta 胎衣不下 NGV 0.033 Endometritis 子宫内膜炎 MET 0.032 Reproduction Index 繁殖指数 RPI 0.066 Total Health Index 总健康指数 THI (MAS + CHI + MBI + RPI)/4

48 乳房炎参考群体 Reference population for Mastitis
Trait: Mastitis 性状：乳房炎 公牛 所有奶牛 5,577 bulls, 61,550 cows  67,124 reference animals (Phenotype Dec 2017) 5577 公牛，61550 母牛  参考动物（表型 2017年12月） 参考公牛 Reference bulls Reference cows 参考奶牛 Year of birth 出生年份

49 新生牛犊的特殊耳标 Special eartags for new calves
Registration of birth 出生登记 IR system 信息检索系统 Herd 畜群 3. eartags 3. 耳标 4. Tissues of all female animals 4. 所有母畜的组织样品 Allflex 安乐福耳标 2. Animal data 2. 动物数据 5. SNP genotypes 5. SNP基因分型技术 Lab 实验室 VIT 德国VIT数据处理中心

50 德国KuhVision：遗传性状 KuhVision育种项目: genetic traits
阴性遗传性状 Negative genetic traits 阳性遗传性状 Positive genetic traits 生育力单倍型 HH1-HH5 Fertility haplotypes HH1 – HH5 牛短脊柱综合症 Brachyspina 荷斯坦胆固醇缺乏 Cholesterol Deficiency Holstein Horn Status 牛角状态 Kappa Casein K-酪蛋白 Beta Casein β-酪蛋白 Variant Red Color 红斑

51 第一个泌乳期中的乳脂率 Fat content of first lactation
基因组育种值 乳脂含量% 第一个泌乳期中的乳脂含量，305泌乳天数 基因组平均乳脂含量估计 育种值 表型乳脂含量平均百分比 基因组估计育种值最低25% 基因组估计育种值最高25%

52 第一个泌乳期中的乳蛋白含量 Protein content of first lactation
基因组育种值 乳蛋白含量% 第一个泌乳期中的乳蛋白含量，305泌乳天数 基因组平均乳蛋白含量 估计育种值 表型乳蛋白含量平均百分比 基因组估计育种值最低25% 基因组估计育种值最高25%

53 第一次和第二次产犊的产犊间隔 Calving interval 1.-2. calvings
基因组女儿繁殖性状估计育种值 第一次和第二次产犊的产犊间隔天数 基因组女儿繁殖性状估计育种值 基因组估计育种值最低25% 基因组估计育种值最高25%

54 母牛繁殖障碍的表型差异 Phenotypic difference in reproduction disorders between cows
Retained placenta 胎衣不下 发生率最小二乘均数 基因组估计育种值均值 Mean GEBV LS mean of Incidents 最低25% 第2组 第3组 最高25%

55 畜群管理应用 Application for herd management
基于网络的畜群管理NETRINDgenom软件 Web-based herd management NETRINDgenom 所有性状的（基因组）育种值和指标以及遗传性状 (Genomic) EBV of all traits and indices and genetic traits 将自己牛场的遗传趋势和最好牛场进行比较 Genetic trends in own herds and comparison to the best herds 定义自己畜群的选择指标 Define own herd selection index 信息也适用于健康性状 Information also for health traits

56 总体乳房评分 Overall udder score
基因组乳房健康估计育种值 乳房评分 基因组乳房健康估计育种值 表型平均乳房评分 基因组估计育种值最低25% 基因组估计育种值最高25%