Crossbreeding effects in dairy cows

Crossbreeding is a common practice in poultry and swine breeding. Conversely, this mating system has not been widely adopted for breeding purposes in dairy cattle in temperate climates (except in New Zealand), mostly because of the superiority of Holsteins for milk yield, the economic relevance of this trait, the strong historical influence of purebred breeders and breed associations, and some biological aspects such as the low reproductive rate and the long generation interval of the cattle species. Recently, the interest in crossbreeding aspects has been growing among dairy producers, and this practice may be used to remove inbreeding depression accumulated in the major dairy breeds, to improve some economically important traits such as fertility, health, longevity, and calving ease, and to increase economic gains in countries where milk pricing systems have put a great emphasis on milk solids. It appears important to estimate the expected level of heterosis for traits of economic interest in dairy cattle in order to evaluate the profitability of crossbreeding. Objectives of this work were a) to estimate crossbreeding effects for milk yield traits and calving interval in dairy cows (Chapter 2), b) to investigate the influence of the environment on the expression of heterosis for milk yield traits, somatic cell score, and age at first calving in dairy cattle (Chapter 3), and c) to estimate the effect of different genotypes on age, live weight, price, and commercial value of purebred and crossbred calves sold for beef and veal production (Chapter 4). The thesis started with an introduction on crossbreeding in dairy cows (Chapter 1), followed by three contributions. Chapter 2 provided a study to assess crossbreeding effects for lactation milk, fat, and protein yield, and calving interval in dairy cows reared in Ireland. The analysis showed that breed effects for production traits were in favour of North American Holstein Friesian cows, while for calving interval were in favour of Friesian, Jersey, and Montbéliarde breeds. The highest heterosis estimates for milk yield traits were for crosses between North American Holstein Friesian and Jersey, with first generation cows giving 626 kg more milk, 25 kg more fat and 21 kg more protein than the average of the pure parental breeds. Regarding calving interval, the highest estimate was for crosses between North American Holstein Friesian and Montbéliarde, with first generation cows showing 10 d less calving interval than the average of the parental breeds. Estimates obtained in this study could be considered in the genetic evaluation model currently run in Ireland. Chapter 3 investigated the effect of the environmental level of production on the expression of heterosis for lactation milk, fat, protein, and fat plus protein yield, somatic cell score and age at first calving in primiparous Black and White dairy cows reared in The Netherlands. Holstein Friesian, Dutch Friesian and first generation crosses obtained from the mating of these strains were studied. The environments (low, medium, high) were defined on the basis of the herd production level. Holstein Friesian produced more than Dutch Friesian. First generation crosses showed comparable productions to Holstein Friesian, especially in the low environment. Estimates of heterosis for production traits ranged between 2.4% for milk yield in the high environment and 5.3% for fat yield in the low environment, with decreasing percentages observed for the traits when moving from the low to the high environment. Overall, heterosis for somatic cell score and age at first calving were moderate. Results emphasized that the highest non-additive genetic effects for yield traits were expressed in the most stressful environment, i.e. low level of production. Chapter 4 investigated the effect of four purebred genotypes (Brown Swiss and Holstein Friesian as dairy breeds, and Simmental and Alpine Grey as dual purpose breeds), and eight crossbred genotypes derived from mating of previous four dam breeds and two sire breeds (Limousin and Belgian Blue) on age (d), live weight (kg), price (Euro/kg), and market value (Euro/calf) of calves sold for veal and beef production during public auctions. Dual purpose purebred calves were heavier and presented higher price and market value than dairy purebreds (314 and 227 Euro/calf for Simmental and Alpine Grey, and 189 and 203 Euro/calf for Brown Swiss and Holstein Friesian, respectively). Crossbreeding with Limousin bulls increased live weight, price, and market value of calves from dairy and Alpine Grey cows, but had a small influence on price and market value of calves from Simmental cows. Crossbreeding with Belgian Blue bulls increased price and market value of calves much more than Limousin, particularly when used on Brown Swiss and Alpine Grey.

L’incrocio è il sistema riproduttivo di riferimento delle produzioni avicole e della maggior parte di quelle suinicole. In queste specie l’eterosi è un bonus utile e largamente sfruttato per migliorare la produttività e l’efficienza produttiva degli animali. Al contrario, nei climi temperati gli allevatori di vacche da latte tradizionalmente hanno escluso l’incrocio dalla gestione riproduttiva della loro mandria (produzione della rimonta). L’unica eccezione è rappresentata dalla Nuova Zelanda. I motivi alla base di questa esclusione sono la superiorità della razza Holstein per la produzione di latte, l’importanza economica assunta da questo carattere in molte realtà produttive, la forte influenza esercitata delle associazioni di razza a livello mondiale e alcune considerazioni di carattere biologico come la bassa efficienza riproduttiva e l’intervallo di generazione piuttosto lungo nella specie bovina. Tuttavia, il panorama zootecnico è in continua evoluzione e negli ultimi anni si è assistito ad un crescente interesse da parte degli allevatori nei confronti della possibilità di implementare l’incrocio in allevamento. Tale sistema riproduttivo può essere utilizzato per rimuovere gli effetti negativi della depressione da consanguineità che, nelle maggiori razze da latte, ha agito su diversi caratteri di interesse economico; l’accumulo di omozigosi e la conseguente depressione da consanguineità sono il frutto della forte pressione selettiva esercitata entro le razze pure. Inoltre, l’incrocio può costituire un valido strumento per il miglioramento dei caratteri funzionali a bassa ereditabilità tra cui la fertilità, il fitness, la longevità e la facilità di parto. Infine, può costituire un modo per migliorare la qualità del latte in termini di proteina e grasso in quelle realtà dove i costituenti del latte vengono premiati dai sistemi di pagamento vigenti. La valutazione della redditività di un programma di incrocio deve essere preceduta dalla stima dei livelli di eterosi per i caratteri economicamente rilevanti nelle bovine da latte. Gli obiettivi della presente tesi sono stati a) stimare gli effetti dell’incrocio per i caratteri produttivi e per l’interparto in vacche da latte (Capitolo 2), b) investigare l’influenza esercitata dall’ambiente sull’espressione dell’eterosi per caratteri produttivi, cellule somatiche ed età al primo parto in vacche da latte (Capitolo 3) e c) stimare l’effetto di diversi genotipi sull’età, il peso vivo, il prezzo ed il valore commerciale di vitelli puri e meticci venduti per la produzione di vitellone e vitello a carne bianca (Capitolo 4). La tesi inizia con un’introduzione sull’incrocio nel settore bovino da latte (Capitolo 1), seguita da tre contributi sperimentali. Nel Capitolo 2 sono stati stimati gli effetti dell’incrocio sulla produzione di latte, grasso e proteina, e sull’interparto in bovine da latte allevate in Irlanda. L’analisi ha evidenziato che gli effetti razza per i caratteri produttivi sono stati in favore della razza Holstein, mentre per l’interparto sono stati in favore delle razze Frisona, Jersey e Montbèliarde. Le stime più alte di eterosi per latte, grasso e proteina si sono avute nei meticci Holstein x Jersey: gli incroci di prima generazione hanno prodotto 626 kg di latte, 25 kg di grasso e 21 kg di proteina in più a lattazione rispetto alla media delle razze parentali pure. Per quanto concerne l’interparto, la stima più alta si è avuta nei meticci Holstein x Montbéliarde: gli incroci di prima generazione hanno evidenziato una contrazione di 10 giorni di interparto rispetto alla media delle razze parentali pure. Le stime ottenute in questo studio potrebbero essere considerate nel modello di valutazione genetica attualmente utilizzato in Irlanda. Nel Capitolo 3 è stato investigato l’effetto dell’ambiente (livello produttivo) sull’espressione dell’eterosi per la produzione di latte, grasso, proteina e materia utile (grasso più proteina), punteggio di cellule somatiche ed età al primo parto in bovine primipare Pezzate Nere allevate in Olanda. I genotipi presi in esame sono stati la Holstein, la Frisona Olandese e gli incroci di prima generazione tra queste due linee. Gli ambienti sono stati suddivisi in bassi, medi e alti sulla base del livello produttivo degli allevamenti. La Holstein ha manifestato produzioni più elevate rispetto a quelle della Frisona Olandese. Gli incroci di prima generazione hanno evidenziato produzioni simili a quelle della Holstein, soprattutto nell’ambiente basso. Le stime di eterosi sono risultate comprese tra il 2,4% per la produzione di latte nell’ambiente alto ed il 5,3% per la produzione di grasso nell’ambiente basso. Si sono osservate percentuali di eterosi decrescenti per latte, grasso, proteina e materia utile passando dall’ambiente basso a quello alto. Complessivamente, i livelli di eterosi per le cellule somatiche e l’età al primo parto sono risultati moderati. I risultati hanno messo in evidenza che gli effetti genetici non additivi per i caratteri legati alla produzione si sono espressi maggiormente nell’ambiente più stressante per tali caratteri, cioè quello basso. Nel Capitolo 4 è stato analizzato l’effetto del genotipo sull’età (giorni), il peso vivo (kg), il prezzo (Euro/kg) ed il valore commerciale (Euro/vitello) di vitelli venduti nel corso di aste pubbliche e destinati alla produzione di vitellone e vitello a carne bianca. I genotipi puri erano rappresentati da due razze da latte (Brown Swiss e Holstein) e da due razze a duplice attitudine (Simmental e Grigia Alpina), mentre i genotipi meticci erano di otto tipi diversi e sono stati ottenuti dall’accoppiamento delle precedenti quattro razze materne con due razze paterne (Limousin e Bianca Blu del Belgio). I vitelli puri figli di razze a duplice attitudine sono risultati più pesanti e hanno evidenziato un prezzo ed un valore commerciale più elevati rispetto a quelli dei vitelli puri di razze da latte (314 e 227 Euro/vitello rispettivamente per Simmental e Grigia Alpina e 189 e 203 Euro/vitello rispettivamente per Brown Swiss e Holstein). L’incrocio con tori Limousin ha incrementato il peso vivo, il prezzo ed il valore commerciale dei vitelli figli di vacche da latte e della Grigia Alpina, ma ha avuto una modesta influenza sui vitelli figli di vacche Simmental. L’incrocio con tori di razza Bianca Blu del Belgio ha incrementato prezzo e valore commerciale dei vitelli molto più di quanto non abbia fatto la razza Limousin, soprattutto quando la prima è stata utilizzata sulla Brown Swiss e sulla Grigia Alpina.