Trächtigkeitsdauer als Informationsmerkmal für die Zuchtwertschätzung der Schwer- und Totgeburtenrate bei schwarzbunten Milchkühen

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1 Züchtungskunde, 82, (4) S , 2010, ISSN Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart Original Article Trächtigkeitsdauer als Informationsmerkmal für die Zuchtwertschätzung der Schwer- und Totgeburtenrate bei schwarzbunten Milchkühen E. Stamer 1, W. Junge 2, W. Brade 3, E. Kalm 2 und G. Thaller 2 Zusammenfassung Das Ziel der vorliegenden Untersuchung liegt in der Quantifizierung des möglichen Beitrages des korrelierten Informationsmerkmals Trächtigkeitsdauer zur Zuchtwertschätzung der Zielmerkmale Schwer- und Totgeburtenrate beim Holstein-Rind. Die Datengrundlage bildeten Kalbungen mit den Informationen des Kalbeverlaufes, der Totgeburt und der Trächtigkeitsdauer; zusätzlich lag für Kälber die Angabe des Geburtsgewichtes vor. Bei den Kälbern handelte es sich ausschließlich um Einlinge mit einer normalen Trächtigkeitsdauer ( Tage). Die Varianzkomponenten und darauf aufbauend die Zuchtwerte wurden multivariat nach der Methode REML mit einem linearen Tiermodell geschätzt. Die Einbeziehung der Trächtigkeitsdauer führt je nach Zielmerkmal und Gruppengröße der Halbgeschwister zu einer relativen Erhöhung der Zuchtwertsicherheiten um 0 bis 10% für die Schwer- und Totgeburtenrate. Im Vergleich dazu resultiert die alternative Berücksichtigung des Geburtsgewichtes in relativen Steigerungen zwischen 8 und 36%. Schlüsselwörter: Milchrind, Schwergeburten, Totgeburten, Trächtigkeitsdauer, Zuchtwert, Sicherheit Summary Gestation length as an information trait for breeding value estimation of dystocia and stillbirth rate in Holstein dairy cows The aim of this study was to quantify the possible contribution of gestation length as an information trait for breeding value estimation of dystocia and stillbirth rate in Holstein cattle. Data comprised the information of calving ease, stillbirth and gestation length of 14,095 calvings. Additionally birth weight was available for 12,968 calves. Only single births with a normal gestation length (265 to 295 days) were considered. Variance components and subsequently breeding values were estimated by REML with a multivariate linear animal model. 1 TiDa Tier und Daten GmbH, Bosseer Str. 4c, Westensee/Brux 2 Institut für Tierzucht und Tierhaltung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Hermann- Rodewald-Straße 6, Kiel 3 Landwirtschaftskammer Niedersachsen, Johannssenstr. 10, Hannover

2 Trächtigkeitsdauer als Informationsmerkmal für die Schwer- und Totgeburtenrate 265 The inclusion of gestation length resulted in 0 to 10 percent higher reliabilities of breeding values for dystocia and stillbirth rate depending on breeding trait and size of half sib groups. The alternative consideration of birth weight led to reliabilities which are relatively improved by 8 to 36 percent. Keywords: Dairy cattle, dystocia, stillbirth, gestation length, breeding value, reliability 1 Einleitung Die wichtigste Ursache für Schwer- und Totgeburten, insbesondere bei Färsenkalbungen, ist nach Philipsson et al. (1979), Meijering (1984) und Mee (2008) in der Inkompatibilität zwischen der Größe des Kalbes (direkter Effekt) und den Beckenmaßen der Kuh (maternaler Effekt) zu sehen. Dabei lässt sich die Größe des Kalbes am besten durch das Geburtsgewicht beschreiben. Nach Junge et al. (2003) erhöht die Einbeziehung des Geburtsgewichtes in die Zuchtwertschätzung der Schwer- und Totgeburtenrate die Sicherheiten der direkten Vaterzuchtwerte für diese Merkmale je nach Anzahl der Nachkommen relativ um 7 33%. Diese Vorteile könnten jedoch nur bei einer flächendeckenden Wägung der Testbullenkälber realisiert werden. Als mögliche Alternative kommt die Einbeziehung der Trächtigkeitsdauer als indirekte Information für die Kalbgröße in die Zuchtwertschätzung in Betracht. Neben einer einfachen Erfassung bzw. Berechnung und einer hohen Heritabilität von 0,42 0,50 (Meijering, 1984; Hansen et al., 2004; Olson et al., 2009) bestehen direkte genetische Beziehungen zur Schwer- (r g = 0,38) und zur Totgeburtenrate (r g = 0,18) (Hansen et al., 2004). Die vorliegende Untersuchung beinhaltet eine Schätzung der Varianzkomponenten für die Schwer- und Totgeburtenrate sowie für das Geburtsgewicht und die Trächtigkeitsdauer, um darauf aufbauend den möglichen Zuwachs in der Sicherheit der Zuchtwerte der Schwer- und Totgeburtenrate durch die Berücksichtigung der Trächtigkeitsdauer darzustellen. 2 Material und Methoden Die analysierten Merkmale Tot- und Schwergeburtenrate, Geburtsgewicht und Trächtigkeitsdauer wurden innerhalb des Projektes Weiterentwicklung der Leistungsprüfung beim Milchrind, getragen von der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) und der Nord-Ost Genetic GmbH & Co. KG (NOG), auf drei vertraglich gebundenen Milchviehbetrieben mit insgesamt 3200 Kühen erhoben. Ein gemeinsamer Einsatz der Besamungsbullen mit jeweils 250 bis 280 Erstbesamungen sicherte die genetische Verknüpfung der Betriebe und ausreichend große Nachkommenschaften für züchterische Auswertungen. Den Schwerpunkt dieses Projektes bildete die Erweiterung und Objektivierung der Erfassung funktionaler Merkmale. Auf der Basis verschiedener Ansätze zur Ausgestaltung und Organisation einer entsprechenden Leistungsprüfung (Schomaker, 2001) erfolgten umfangreiche genetische Analysen für Merkmale der Eutergesundheit (Hinrichs et al., 2005), sonstiger Gesundheitsstörungen (Hinrichs et al., 2006), der Melkbarkeit (Gäde et al., 2007) und der Fruchtbarkeit (Stamer et al., 2000; Petersen et al., 2002). Zusätzlich zur Erfassung des Kalbeverlaufes in fünf Klassen (0 keine Angabe, 1 ohne Hilfe oder ein Helfer, 2 zwei oder mehr Helfer oder Benutzung mechanischer Zughilfen, 3 Tierarzt, 4 Operation) und der Totgeburten (lebend (0) oder tot (1) am Tag der Geburt) wurden die Kälber an ihrem ersten Lebenstag durch Mitarbeiter der Betriebe

3 266 E. Stamer, W. Junge, W. Brade und G. Thaller gewogen. Die Trächtigkeitsdauer wurde mit Hilfe der Besamungs- und Kalbedaten berechnet. In den Zeiträumen Januar 1997 bis März 2002 (Betrieb A) und Februar 1998 bis März 2002 (Betriebe B und C) wurden insgesamt Kalbungen erfasst; die Zwillingshäufigkeit betrug 2,8%. Von den insgesamt geborenen Kälbern wurden 10,6% tot geboren, und 52,7% der Kälber waren männlich. Für die weitere statistische Auswertung blieben Kalbungen ohne angegebenen Kalbeverlauf, Kälber aus Embryotransfer, ohne Geschlechtsangabe und mit unbekannter bzw. fraglicher Abstammung unberücksichtigt. Außerdem wurden Zwillingsgeburten und Kalbungen mit außergewöhnlichen vorausgehenden Trächtigkeitsdauern (< 265 oder > 295 Tage) ausgeschlossen. Dies geschah in Anlehnung an Philipsson et al. (1979), die für die Zuchtwertschätzung der Schwer- und Totgeburtenrate nur Einzelgeburten nach normalen Trächtigkeitsdauern empfehlen. Dabei gilt eine Trächtigkeitsdauer als normal, wenn sie maximal drei Standardabweichungen ober- oder unterhalb vom Populationsmittel liegt; außerhalb dieses Bereiches handelt es sich in den meisten Fällen um fehlerhafte oder unvollständige Datenaufzeichnungen, seltener um Aborte. Die genannten Datenrestriktionen führten zu einer Reduzierung der auswertbaren Daten auf Kälber; für Kälber lag das Geburtsgewicht vor (Tab. 1). Kalbungen in den Verlaufsklassen 3 und 4 wurden auf Grund der eindeutigen Probleme als Schwergeburt eingestuft (Codierung: 1); demgegenüber wurde bei den Verlaufsklassen 1 und 2 von einer normalen Kalbung ausgegangen (Codierung: 0). Die REML-Schätzer für die Varianzen und Kovarianzen der vier betrachteten Merkmale wurden in einer multivariaten Analyse mit Hilfe des Programmpaketes VCE4 (Neumaier und Groeneveld, 1998) unter Verwendung des folgenden linearen Tiermodells ermittelt; dabei entspricht der Varianzanteil des unkorrelierten Effektes des mütterlichen Großvaters einem Viertel der maternalen Heritabilität. y ijklm = µ + HJS i + GL j + mv k + tier l + e ijklm y ijklm = m-te Beobachtung der Schwer- und Totgeburtenrate und der Trächtigkeitsdauer (m = 1,, 14095) sowie des Geburtsgewichtes (m = 1,, 12968) µ = allgemeines Mittel HJS i = fixer Effekt der i-ten Kalbesaison innerhalb Jahr und Betrieb (i = 1,, 29) GL j = fixer Effekt der j-ten Kombination zwischen Geschlecht und Laktationsnummer (j = 1,, 6) mv k = zufälliger unkorrelierter Effekt des k-ten Kuhvaters (k = 1,, 748) tier l = zufälliger Effekt des l-ten Tieres e ijklm = zufälliger Restfehler Für die Beschreibung des möglichen Genauigkeitszuwachses in der Zuchtwertschätzung der beiden Abkalbeeigenschaften wurden die Zuchtwerte des Kalbeverlaufes und der Totgeburtenrate jeweils einzeln und in Kombination mit entweder dem Geburtsgewicht oder der Trächtigkeitsdauer mit dem gleichen Modell unter Verwendung des Programmpaketes PEST, Version 3.1 (Groeneveld, 1990), geschätzt. Als Ahneninformationen standen zu jedem Kalb die vorhergehenden drei Generationen auf der väterlichen und mütterlichen Seite zur Verfügung. Die Kälber stammen von 184 Vätern ab, wobei die Halbgeschwistergruppen durchschnittlich 77 Kälber umfassen

4 Trächtigkeitsdauer als Informationsmerkmal für die Schwer- und Totgeburtenrate 267 Tab. 1. Kalbeverlauf, Totgeburtenrate, Geburtsgewicht und Trächtigkeitsdauer Häufigkeiten und Mittelwerte Calving ease, stillbirth rate, birth weight and gestation length frequencies and means Merkmal n % x s Kalbeverlauf ohne Hilfe oder ein Helfer ,4 2 zwei oder mehr Helfer oder Benutzung ,1 mechanischer Zughilfen 3 Tierarzt ,2 4 Operation 38 0,3 Totgeburtenrate Lebend ,2 Tot ,8 Geburtsgewicht (kg) ,0 5,2 Trächtigkeitsdauer (Tage) ,4 4,8 (1 349). Die Anzahl der Kuhväter beträgt 748 mit durchschnittlich 19 Kalbungen. 115 Väter treten sowohl als Väter der Kälber als auch als Väter der Mütter auf. 3 Ergebnisse und Diskussion Die Darstellung der Schwer- und Totgeburtenrate in Abhängigkeit von der Trächtigkeitsdauer zeigt für die Färsen (n = 5099) und Kühe (n = 8996) charakteristische Verläufe (Abb. 1). Bei den Kuhkalbungen ergeben sich die höchsten Wahrscheinlichkeiten einer Schwergeburt oder eines tot geborenen Kalbes nach Trächtigkeitsdauern, die zwischen 265 und 273 Tagen liegen. Die sich anschließenden niedrigeren Raten erhöhen sich nur geringfügig (Schwergeburt Kuh) bzw. fast gar nicht (Totgeburt Kuh), d.h. abgesehen vom Zeitraum ein bis zwei Wochen vor der mittleren Trächtigkeitsdauer zeigen sich die Abkalbeeigenschaften der Kühe nur wenig beeinflusst von der Trächtigkeitsdauer. Dieser Einfluss erscheint bei den Färsenkalbungen ausgeprägter. Vom 271. Tag ausgehend erhöhen sich mit steigender Trächtigkeitsdauer die Wahrscheinlichkeiten einer Schweroder Totgeburt. Für die Totgeburtenrate konnten Johanson und Berger (2003) einen vergleichbaren Verlauf zeigen, und Hansen et al. (2004) beschreiben bei Färsenkalbungen eine deutlich nicht lineare phänotypische Beziehung zwischen der Trächtigkeitsdauer und der Totgeburtenrate. Als Grund für die verminderte Überlebensrate nach kurzen Trächtigkeitsdauern wird die spät in der Trächtigkeit stattfindende Organentwicklung genannt, insbesondere die Entwicklung der Lunge. Als Erklärung für die leicht steigenden Probleme nach langen Trächtigkeitsdauern kann die in der Literatur insbesondere bei Färsenkalbungen genannte Inkompatibilität zwischen der Größe des Kalbes und den Beckenmaßen der Kuh (Philipsson et al., 1979; Meijering, 1984) angeführt werden; offensichtlich erfolgt mit steigender Trächtigkeitsdauer kein proportionales Wachstum des Kalbes und des Beckens der Färse. Genetisch ergab sich im Gegensatz

5 268 E. Stamer, W. Junge, W. Brade und G. Thaller 30 Schwergeburt Färse Totgeburt Färse Schwergeburt Kuh Totgeburt Kuh Schwer- und Totgeburtenrate (%) Trächtigkeitsdauer (Tage) Abb. 1. Schwer- und Totgeburtenrate der Färsen und Kühe in Abhängigkeit von der Trächtigkeitsdauer Dystocia and stillbirth rate of heifers and cows depending on gestation length zu der nicht linearen phänotypischen Beziehung ein linearer Zusammenhang zwischen der Totgeburtenrate und der Trächtigkeitsdauer bei Färsenkalbungen (Hansen et al., 2004). Im Vergleich zu Junge et al. (2003) wurde in der vorliegenden Untersuchung das multivariate Schätzmodell um die Trächtigkeitsdauer erweitert; die geschätzten genetischen Parameter der übrigen Merkmale stimmen nahezu vollständig zwischen den beiden Analysen überein. Die direkte Heritablität für das Merkmal Trächtigkeitsdauer (0,67) sowie die positiven direkten genetischen Korrelationen zu den Zielmerkmalen Schwer- und Totgeburtenrate (0,33 und 0,12) erfüllen die Voraussetzungen für eine zusätzliche Berücksichtigung dieses Merkmals als Informationsgröße in der Zuchtwertschätzung (Tab. 2). Sowohl Olson et al. (2009) als auch Hansen et al. (2004), die allerdings ausschließlich Färsenkalbungen analysierten, schätzten eine niedrigere direkte Heritabilität (0,42 und 0,43); und bei Hansen et al. (2004) finden sich vergleichbare direkte genetische Korrelationen zur Schwer- und Totgeburtenrate (0,38 und 0,18). Die gemeinsame Zuchtwertschätzung für die Schwer- und Totgeburtenrate bildete jeweils die Referenzsituation für die Bestimmung des möglichen Beitrages der beiden zusätzlich betrachteten Informationsmerkmale. Anschließend wurden abwechselnd das Geburtsgewicht und die Trächtigkeitsdauer als zusätzliche Informationsmerkmale in der Zuchtwertschätzung berücksichtigt. Die dann resultierenden mittleren Sicherheiten der Zuchtwerte für Schwer- und Totgeburtenrate wurden sowohl für alle Väter als auch für Väter mit mindestens 150 Nachkommen den erzielbaren Sicherheiten in der Referenzsituation gegenübergestellt (Tab. 3). Die Einbeziehung der Trächtigkeitsdauer erhöht in drei der vier betrachteten Varianten die mittleren Sicherheiten der Zuchtwerte. Für die Schwergeburtenrate ergibt sich

6 Trächtigkeitsdauer als Informationsmerkmal für die Schwer- und Totgeburtenrate 269 Tab. 2. Schätzwerte der genetischen Parameter für die Schwer- und Totgeburtenrate, das Geburtsgewicht und die Trächtigkeitsdauer (direkte genetische Korrelationen unterhalb der Diagonalen, maternale genetische Korrelationen oberhalb der Diagonalen, Standardfehler in Klammern) Estimated genetic parameters for dystocia, stillbirth, birth weight and gestation length (direct genetic correlations below diagonal, maternal genetic correlations above diagonal, standard errors within parentheses) Schwergeburten Totgeburten Geburtsgewicht Trächtigkeitsdauer direkte Heritabilität 0,06 (0,006) 0,02 (0,004) 0,62 (0,008) 0,67 (0,006) maternale Heritabilität 0,05 0,00 0,06 0,07 Schwergeburten 0,56 (0,096) 0,46 (0,076) 0,14 (0,049) Totgeburten 0,26 (0,115) 0,01 (0,098) 0,22 (0,083) Geburtsgewicht 0,68 (0,047) 0,33 (0,091) 0,56 (0,039) Trächtigkeitsdauer 0,33 (0,032) 0,12 (0,066) 0,47 (0,009) ein relativer Zuwachs von 10% bei Betrachtung aller Väter; für die Väter mit mindestens 150 Nachkommen bleiben die Sicherheiten unverändert. Die Sicherheiten der Zuchtwerte für Totgeburten erhöhen sich in beiden Varianten relativ um 5%. Deutlich höhere Steigerungen lassen sich durch die Einbeziehung des Geburtsgewichtes erzielen, und zwar zwischen 8 und 36% für die Schwergeburtenrate und zwischen 14 und 23% für die Totgeburtenrate. Tab. 3. Sicherheit der Zuchtwerte für Schwer- und Totgeburtenrate in Abhängigkeit von verschiedenen Informationsmerkmalen Reliability of breeding values for dystocia and stillbirth rate depending on different information traits alle Väter 1 Väter mit mind. 150 Nachkommen 2 n=184 n=52 Informationsmerkmale abs. (%) rel. (%) abs. (%) rel. (%) Schwergeburtenrate Kalbeverlauf + Totgeburten Kalbeverlauf + Totgeburten + Geburtsgewicht Kalbeverlauf + Totgeburten + Trächtigkeitsdauer Totgeburtenrate Totgeburten + Kalbeverlauf Totgeburten + Kalbeverlauf + Geburtsgewicht Totgeburten + Kalbeverlauf + Trächtigkeitsdauer durchschnittlich 77 Nachkommen, 2 durchschnittlich 213 Nachkommen

7 270 E. Stamer, W. Junge, W. Brade und G. Thaller Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass sowohl bei den Färsen als auch bei den Kühen höhere Totgeburtenraten nach sehr kurzen Trächtigkeitsdauern auftreten. Zusätzlich ist bei Färsenkalbungen nach überdurchschnittlich langen Trächtigkeitsdauern eine tendenziell höhere Wahrscheinlichkeit einer Problemkalbung zu erwarten. Auf der Basis der geschätzten genetischen Parameter ergibt sich ein begrenzter Nutzen durch die Einbeziehung der Trächtigkeitsdauer in die Zuchtwertschätzung für die Schwer- und Totgeburtenrate. Im Vergleich zum Geburtsgewicht fallen die Zuwächse in den Zuchtwertsicherheiten deutlich niedriger aus. Somit eignet sich das Geburtsgewicht als besserer Gradmesser für die Beschreibung der Inkompatibilität zwischen Kalbgröße und Beckenmaß der Kuh. Die hier geschätzte genetische Korrelation zwischen Trächtigkeitsdauer und Geburtsgewicht (0,47) unterstreicht die Aussage von Mee (2008), dass über die Trächtigkeitsdauer hinaus weitere bedeutende Einflussfaktoren auf das Geburtsgewicht existieren. Eine aus den Ergebnissen heraus zu favorisierende flächendeckende Erfassung des Geburtsgewichtes aller Testbullenkälber zur Verbesserung der Zuchtwertschätzung für Schwer- und Totgeburtenrate erscheint wenig realistisch; als Alternative wird die Erfassung der Geburtsgewichte innerhalb einer Nachkommenprüfung in Testherden mit entsprechender technischer Ausrüstung und hoher Motivation der Mitarbeiter empfohlen. Literatur Gäde, S., E. Stamer, J. Bennewitz, W. Junge and E. Kalm, (2007): Genetic parameters for serial, automatically recorded milkability and its relationship to udder health in dairy cattle. Animal 1, Groeneveld, E., (1990): PEST user s manual. Institute of Animal Husbandry and Animal Behaviour, Mariensee, Federal Agricultural Research Centre (FAL). Hansen, M., M.S. Lund, J. Pedersen and L.G. Christensen, (2004): Gestation length in Danish Holsteins has weak genetic associations with stillbirth, calving difficulty, and calf size. Livest. Prod. Sci. 91, Hinrichs, D., E. Stamer, W. Junge and E. Kalm, (2005): Genetic analyses of mastitis data using animal threshold models and genetic correlation with production traits. J. Dairy Sci. 88, Hinrichs, D., E. Stamer, W. Junge and E. Kalm, (2006): Genetic analysis of several disease categories using test day threshold models in German Holstein cows. Arch. Tierz. 49, Johanson, J.M. and P.J. Berger, (2003): Birth weight as a predictor of calving ease and perinatal mortality in Holstein cattle. J. Dairy Sci. 86, Junge, W., E. Stamer, N. Reinsch and E. Kalm, (2003): Züchterische Möglichkeiten zur Senkung von Kälberverlusten. Züchtungskunde 75, Mee, J.F., (2008): Prevalence and risk factors for dystocia in dairy cattle: A review. Vet. J. 176, Meijering, A., (1984): Dystocia and stillbirth in cattle a review of causes, relations and implications. Livest. Prod. Sci. 11, Neumaier, A. and E. Groeneveld, (1998): Restricted Maximum Likelihood Estimation of Covariances in Sparse Linear Models. Genet. Sel. Evol. 30, Olson, K.M., B.G. Cassell, A.J. McAllister and S.P. Washburn, (2009): Dystocia, stillbirth, gestation length, and birth weight in Holstein, Jersey, and reciprocal crosses from a planned experiment. J. Dairy Sci. 92, Petersen, T., E. Stamer, W. Junge, N. Reinsch and E. Kalm, (2002): Genetic analysis of fertility disease traits and their relationships to reproduction traits in dairy cattle. World Congr. Genetics Applied to Livestock Production. 30,

8 Trächtigkeitsdauer als Informationsmerkmal für die Schwer- und Totgeburtenrate 271 Philipsson, J., J.L. Foulley, J. Lederer, T. Liboriussen and A. Osinga, (1979): Sire evaluation standards and breeding strategies for limiting dystocia and stillbirth. Report of an E.E.C./E.A.A.P. working group. Livest. Prod. Sci. 6, Schomaker, (2001): Ansätze zur Entwicklung einer Leistungsprüfung für funktionale Merkmale beim Milchrind. Schriftenreihe des Instituts für Tierzucht und Tierhaltung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Bd Stamer, E., W. Junge, N. Reinsch and E. Kalm, (2000): Birth weight for genetic evaluation of calving traits in dairy cattle. 51th Ann. Meet. European Association for Animal Production, Book of abstracts 6, 78.