Genetic diversity of Atlantic salmon (Salmo salar) and European whitefish (Coregonus lavaretus) in the Baltic Sea

We described the patterns and extent of microsatellite DNA variation in historical and present-day Atlantic salmon (Salmo salar L.) stocks in the Baltic Sea and neighbouring areas, and in European whitefish (Coregonus lavaretus) ecotypes, populations and run-timing types in Finland. Moreover, the amount and pattern of genetic diversity in historical salmon populations before human impact were described, and the proportion of diversity maintained in the present hatchery stocks evaluated. Salmon populations in the Baltic Sea were, on average, significantly less variable than eastern Atlantic populations, and the diversity of landlocked populations (Lakes Vänern, Saimaa, Onega and Ladoga) was in turn significantly lower than that of anadromous salmon populations in the Baltic Sea populations. Within the Baltic Sea, the anadromous populations of Atlantic salmon formed three clear groups, corresponding to the northern (Gulf of Bothnia), eastern (Gulf of Finland and eastern Baltic Main Basin) and southern (western Baltic Main Basin) regions. Based on microsatellite data, three salmon population groups in the Baltic Sea were considered potentially different colonization lineages. In short- and long-term breeding programmes of Atlantic salmon, the average observed rate of loss of alleles was 4.9% and 2.0% per generation and the average rate of loss of heterozygosity was 1.4% and 1% per generation, respectively. When comparing the genetic parameters of stocks before and after hatchery breeding of several successive generations (Rivers Iijoki and Oulujoki), statistically significant changes in allele frequencies were common, while large wild stock in the Teno River has remained temporally very stable over 56 years. Despite the observed losses of genetic diversity in broodstock breeding, a large proportion of the genetic resources of the extirpated stocks are still conserved in the broodstocks. Genetic differentiation among European whitefish ecotypes was generally low, thus giving support to the hypothesis of one native European whitefish species in Fennoscandia. Among the ecotypes, the northern, large sparsely rakered, bottom-dwelling whitefish was the most unique. The known genetic differences in quantitative traits have thus either developed independently of potential phylogenetic lineages, or the lineages have mixed and the quantitative traits of the ecotypes, like gill-raker number, have later changed according to environment and selection pressures. Overall, genetic distances between the anadromous whitefish populations along the Finnish coast, especially in the Bothnian Bay area, were small. Wild whitefish populations studied had slightly higher allelic diversity than hatchery-reared populations in corresponding rivers.

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.

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.