Concentrate feeding strategies for growing and finishing dairy bulls offered grass silage-based diets

The first aim of this thesis was to produce data for evaluating, developing and recommending biologically and economically efficient energy and protein feeding strategies for growing and finishing dairy bulls offered grass silage-based diets. The second aim was to calculate the energy and protein supplies of the dairy bulls fed different grass silage-cereal-based diets and, based on this, to estimate the possible need to revise the current Finnish energy and protein recommendations for growing dairy bulls. The third aim was to demonstrate the phosphorus supply of dairy bulls fed grass silage-cereal-based diets with or without protein supplementation in relation to current feeding recommendations for phosphorus. The results indicate that protein supplement is not needed for finishing dairy bulls (live weight more than 250 kg) when they are fed good-quality grass silage (digestible organic matter more than 650 g/kg dry matter, restricted fermentation with low concentrations of fermentation acids and ammonia N) and grain-based concentrate with a moderate (300-700 g/kg dry matter) concentrate level. The results also suggest that with total mixed ration feeding it is possible to use rather high concentrate proportions (700 g/kg dry matter) in feeding dairy bulls. According to this study, barley fibre is a suitable energy supplement with good-quality silage for growing dairy bulls. The results suggest that 50% of barley grain can be replaced with barley fibre without affecting growth. Also oats is a suitable energy supplement for dairy bulls. However, as a consequence of decreased energy intake, the gain and feed conversion of the bulls were slightly reduced in this study when barley grain was replaced by oats in the diet. Ultimately, the rationality of the use of barley fibre and oats in the future will depend on the price in relation to other concentrates. During the feeding experiments the calculated supply of energy was 10% higher than in the Finnish feeding recommendations for the present growth rate. This indicates that there is a need to update the Finnish feeding recommendations for dairy-breed growing bulls, and further calculations are needed for the energy supply of growing dairy bulls. The calculated supply of AAT (amino acids absorbed from the small intestine) was 38% higher than in the Finnish feeding recommendations for the present growth. Possibly, the present AAT-PBV system is not an optimal protein evaluation system for growing dairy bulls more than 250 kg live weight. The calculations based on the feeding experiments and the Finnish feeding recommendations indicate that in most cases the dairy bulls (live weight more than 250 kg) received enough P from the basic grass silage cereal-based diets without additional mineral feeds. Therefore there is no need to add P in the form of mineral mixtures.

Impaired spermatogenesis in Finnish boars and bulls

Maintenance of breeding efficiency and high semen quality is essential for reproductive success in farm animals. Early recognition of possible inheritable factors causing infertility requires constant attention. This thesis focuses on describing different manifestations of impaired spermatogenesis, their impact on fertility and partly also their incidence in populations. The reasons for spermatogenic failure are various. An interruption of germ cell differentiation, spermatogenic arrest, can lead to infertility. The incidence of azoospermia was investigated in the 1996 2005 survey of Finnish AI and farm breeding boars. We focused on the diagnosis, testicular morphometry and the possible reasons for the condition. The incidence of azoospermia was significantly higher in Yorkshire boars than in the Landrace breed. The most common diagnosis in Yorkshire boars was germ cell arrest at the primary spermatocyte level. The second most frequent diagnosis in Yorkshire boars was segmental aplasia of the Wolffian ducts with idiopathic epididymal obstruction. Other reasons for azoospermia were infrequent. In the second study we investigated the incidence of two relatively well-defined specific sperm defects in Finnish Yorkshire and Landrace boars during the same survey, the immotile short-tail sperm (ISTS) defect and the knobbed acrosome (KA) defect. In the Finnish Yorkshire boars the inherited ISTS defect, and the probably inherited KA defect, were important causes of infertility during 1996 2005. The ISTS defect was found in 7.6% and the KA defect in 0.8% of the Yorkshire boars. No Landrace boars were diagnosed with either of these two defects. In the third study we described a new sterilizing sperm defect in an oligoasthenoterazoospermic bull. Because of its morphological characteristics this defect was termed the multinuclear-multiflagellar sperm (MNMFS) defect. The number of Sertoli cells in the seminiferous tubuli was highly increased in the MNMFS bull compared with the number in normal bulls. In the following two studies we used a combined approach of fluorescence in situ hybridization (FISH), flow cytometry and morphometric studies to provide information on the cytogenetic background of macrocephalic bull spermatozoa. We described cellular features of diploid spermatozoa and compared the failures in the first and second meiotic divisions. In the last study we describe how the transplantation of testicular cells was used to determine whether spermatogonia derived from donor animals are able to colonize and produce motile spermatozoa in immune-competent unrelated boars suffering the ISTS defect. Transplantation resulted in complete focal spermatogenesis, indicated by the appearance of motile spermatozoa and confirmed by genotyping.

Options for selecting dairy cattle for milk coagulation ability

Lypsylehmien maidon juoksettumiskyvyn jalostuskeinot Väitöskirjassa tutkittiin lypsylehmien maidon juustonvalmistuslaadun parantamista jalostusvalinnan avulla. Tutkimusaihe on tärkeä, sillä yhä suurempi osa maidosta käytetään juustonvalmistukseen. Tutkimuksen kohteena oli maidon juoksettumiskyky, sillä se on yksi keskeisistä juustomäärään vaikuttavista tekijöistä. Maidon juoksettumiskyky vaihteli huomattavasti lehmien, sonnien, karjojen, rotujen ja lypsykauden vaiheiden välillä. Vaikka tankkimaidon juoksettumiskyvyssä olikin suuria eroja karjoittain, karja selitti vain pienen osan juoksettumiskyvyn kokonaisvaihtelusta. Todennäköisesti perinnölliset erot lehmien välillä selittävät suurimman osan karjojen tankkimaitojen juoksettumiskyvyssä havaituista eroista. Hyvä hoito ja ruokinta vähensivät kuitenkin jossain määrin huonosti juoksettuvien tankkimaitojen osuutta karjoissa. Holstein-friisiläiset lehmät olivat juoksettumiskyvyltään ayrshire-rotuisia lehmiä parempia. Huono juoksettuminen ja juoksettumattomuus oli vain vähäinen ongelma holstein-friisiläisillä (10 %), kun taas kolmannes ayrshire-lehmistä tuotti huonosti juoksettuvaa tai juoksettumatonta maitoa. Maitoa sanotaan huonosti juoksettuvaksi silloin, kun juustomassa ei ole riittävän kiinteää leikattavaksi puolen tunnin kuluttua juoksetteen lisäyksestä. Juoksettumattomaksi määriteltävä maito ei saostu lainkaan puolen tunnin aikana ja on siksi erittäin huonoa raaka-ainetta juustomeijereille. Noin 40 % lehmien välisistä eroista maidon juoksettumiskyvyssä selittyi perinnöllisillä tekijöillä. Juoksettumiskykyä voikin sanoa hyvin periytyväksi ominaisuudeksi. Kolme mittauskertaa lehmää kohti riittää varsin hyvin lehmän maidon keskimääräisen juoksettumiskyvyn arvioimiseen. Tällä hetkellä juoksettumiskyvyn suoran jalostamisen ongelmana on kuitenkin automatisoidun, laajamittaiseen käyttöön soveltuvan mittalaitteen puute. Tämän takia väitöskirjassa tutkittiin mahdollisuuksia jalostaa maidon juoksettumiskykyä epäsuorasti, jonkin toisen ominaisuuden kautta. Tällaisen ominaisuuden pitää olla kyllin voimakkaasti perinnöllisesti kytkeytynyt juoksettumiskykyyn, jotta jalostus olisi mahdollista sen avulla. Tutkittavat ominaisuudet olivat sonnien kokonaisjalostusarvossa jo mukana olevat maitotuotos ja utareterveyteen liittyvät ominaisuudet sekä kokonaisjalostusarvoon kuulumattomat maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuus sekä maidon pH. Väitöskirjassa tutkittiin myös mahdollisuuksia ns. merkkiavusteiseen valintaan tutkimalla maidon juoksettumattomuuden perinnöllisyyttä ja kartoittamalla siihen liittyvät kromosomialueet. Tutkimuksen tulosten perusteella lehmien utareterveyden jalostaminen parantaa jonkin verran myös maidon juoksettumiskykyä sekä vähentää juoksettumattomuutta ayrshire-rotuisilla lehmillä. Lehmien maitotuotos ja maidon juoksettumiskyky sekä juoksettumattomuus ovat sen sijaan perinnöllisesti toisistaan riippumattomia ominaisuuksia. Myöskin maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuuden perinnöllinen yhteys juoksettumiskykyyn oli likimain nolla. Maidon pH:n ja juoksettumiskyvyn välillä oli melko voimakas perinnöllinen yhteys, joten maidon pH:n jalostaminen parantaisi myös maidon juoksettumiskykyä. Todennäköisesti sen jalostaminen ei kuitenkaan vähentäisi juoksettumatonta maitoa tuottavien lehmien määrää. Koska maidon juoksettumattomuus on niin yleinen ongelma suomalaisilla ayrshire-lehmillä, väitöksessä selvitettiin tarkemmin ilmiön taustoja. Kaikissa kolmessa tutkimusaineistoissa noin 10 % ayrshire-lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa. Kahden vuoden kuukausittaisen seurannan aikana osa lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa lähes joka mittauskerralla. Maidon juoksettumattomuus oli yhteydessä lypsykauden vaiheeseen, mutta mikään ympäristötekijöistä ei pystynyt täysin selittämään sitä. Sen sijaan viitteet sen periytyvyydestä vahvistuivat tutkimusten edetessä. Lopuksi tutkimusryhmä onnistui kartoittamaan juoksettumattomuutta aiheuttavat kromosomialueet kromosomeihin 2 ja 18, lähelle DNA-merkkejä BMS1126 ja BMS1355. Tulosten perusteella maidon juoksettumattomuus ei ole yhteydessä maidon juoksettumistapahtumassa keskeisiin kaseiinigeeneihin. Sen sijaan on mahdollista, että juoksettumattomuusongelman aiheuttavat kaseiinigeenien syntetisoinnin jälkeisessä muokkauksessa tapahtuvat virheet. Asia vaatii kuitenkin perusteellista tutkimista. Väitöksen tulosten perusteella maidon juoksettumattomuusgeeniä kantavien eläinten karsiminen jalostuseläinten joukosta olisi tehokkain tapa jalostaa maidon juoksettumiskykyä suomalaisessa lypsykarjapopulaatiossa.

Quantitative trait loci detection and benefits from marker-assisted selection in dairy cattle

Knowing the chromosomal areas or actual genes affecting the traits under selection would add more information to be used in the selection decisions which would potentially lead to higher genetic response. The first objective of this study was to map quantitative trait loci (QTL) affecting economically important traits in the Finnish Ayrshire population. The second objective was to investigate the effects of using QTL information in marker-assisted selection (MAS) on the genetic response and the linkage disequilibrium between the different parts of the genome. Whole genome scans were carried out on a grand-daughter design with 12 half-sib families and a total of 493 sons. Twelve different traits were studied: milk yield, protein yield, protein content, fat yield, fat content, somatic cell score (SCS), mastitis treatments, other veterinary treatments, days open, fertility treatments, non-return rate, and calf mortality. The average spacing of the typed markers was 20 cM with 2 to 14 markers per chromosome. Associations between markers and traits were analyzed with multiple marker regression. Significance was determined by permutation and genome-wise P-values obtained by Bonferroni correction. The benefits from MAS were investigated by simulation: a conventional progeny testing scheme was compared to a scheme where QTL information was used within families to select among full-sibs in the male path. Two QTL on different chromosomes were modelled. The effects of different starting frequencies of the favourable alleles and different size of the QTL effects were evaluated. A large number of QTL, 48 in total, were detected at 5% or higher chromosome-wise significance. QTL for milk production were found on 8 chromosomes, for SCS on 6, for mastitis treatments on 1, for other veterinary treatments on 5, for days open on 7, for fertility treatments on 7, for calf mortality on 6, and for non-return rate on 2 chromosomes. In the simulation study the total genetic response was faster with MAS than with conventional selection and the advantage of MAS persisted over the studied generations. The rate of response and the difference between the selection schemes reflected clearly the changes in allele frequencies of the favourable QTL. The disequilibrium between the polygenes and QTL was always negative and it was larger with larger QTL size. The disequilibrium between the two QTL was larger with QTL of large effect and it was somewhat larger with MAS for scenarios with starting frequencies below 0.5 for QTL of moderate size and below 0.3 for large QTL. In conclusion, several QTL affecting economically important traits of dairy cattle were detected. Further studies are needed to verify these QTL, check their presence in the present breeding population, look for pleiotropy and fine map the most interesting QTL regions. The results of the simulation studies show that using MAS together with embryo transfer to pre-select young bulls within families is a useful approach to increase the genetic merit of the AI-bulls compared to conventional selection.