Can genetic breeding programs help reduce the holstein susceptibility to bovine viral diarrhea virus?

Abstract

Resumo: A diarreia viral bovina (BVD) é uma doença infecciosa que acomete bovinos e está associada principalmente a perdas reprodutivas e na produção. Por essa razão, produtores de leite e técnicos ao redor do mundo passaram a dar atenção à seleção para características de saúde, pois além de causar prejuízos a esta atividade econômica, também há preocupação com o bem-estar animal. No Brasil, ainda não há trabalhos na área de genética que abordem sobre a possibilidade de se usar a seleção como uma ferramenta para auxiliar na identificação de animais resistentes à diarreia viral bovina de forma a contribuir com os programas de controle de doenças. O objetivo dessa dissertação de mestrado foi avaliar se a característica resistência ao vírus da diarreia viral bovina (BVDV) é passível de seleção em rebanhos de bovinos da raça Holandesa no estado do Paraná. No capítulo II o objetivo foi estimar o coeficiente de herdabilidade do vírus da diarreia viral bovina em bovinos da raça Holandesa e as correlações genéticas entre as habilidades preditas de transmissão (PTA) dos touros para a característica resistência ao vírus da diarreia viral bovina e características de produção, reprodução e saúde. Para tanto, foram utilizadas 6.439 informações de BVDV de animais, filhos de 5.220 vacas e 661 touros, coletadas entre de 2015 a 2021, em 7 rebanhos distribuídos no Estado do Paraná (sul do Brasil), pertencentes ao banco de dados da Associação Paranaense de Criadores de Bovinos da Raça Holandesa (APCBRH). Amostras de animais jovens, recém-nascidos a novilhas em pré-parto, bem como vacas em lactação e secas, foram testadas para a doença usando o kit de teste ELISA (IDEXX BVDV Ag/Serum Plus Test®). A característica resistência a BVDV foi tratada como binária: animais positivos = 1 (quando o resultado do teste de antígeno ELISA foi igual ou superior a 0.3) e animais saudáveis = 0 (quando o resultado do teste de antígeno ELISA foi inferior a 0.3). Os parâmetros genéticos foram estimados por meio de um modelo animal, utilizando-se amostragem de Gibbs sob um modelo limiar, apresentado a seguir: Y = Xß + Z1hys + Z2alfa + e em que, Y é o vetor de observações, ß é o vetor de efeitos fixos (incluindo o intercepto e, como covariável, os efeitos linear e quadrático da idade do animal ), hys é o vetor de efeitos aleatórios para rebanho, ano (2015-2021) e estação (1-4) (herd-year-season) - 153 níveis, alfa é o vetor de efeitos aleatórios genético aditivo - 6,439 níveis, e é o vetor do efeito residual. X, Z1 e Z2 são as matrizes de incidência para cada efeito, respectivamente. A prevalência de infecção por BVDV foi de 0,8% e a herdabilidade para a característica resistência ao vírus da diarreia viral bovina estimada foi de 0,14 ± 0,08. As variâncias genética e residual foram 0,15 ± 0,09 e 0,93 ± 0,10, respectivamente. As correlações genéticas estimadas entre as PTAs dos touros para BVDV e as características produtivas, reprodutivas e de saúde foram próximas de zero e não significativas. A pequena quantidade de informações de animais positivos para a doença pode justificar as correlações genéticas não significativas entre as características. Embora a resistência ao vírus da diarreia bovina apresente baixa herdabilidade, há variabilidade genética, o que significa que pode ser possível utilizá-la como ferramenta dos programas de melhoramento animal para melhorar a saúde do rebanho e complementar os protocolos de erradicação desta doença nas fazendas. Dar continuidade à coleta de informações é imprescindível, pois espera-se que com um banco de dados com volume maior de informações tanto para doenças, quanto de genealogia melhorará a acurácia das estimativas de parâmetros genéticos e dos valores genéticos estimados. Dessa forma, a seleção genética para características de saúde poderá contribuir para mitigar doenças nos rebanhos de bovinos leiteiros.

Abstract: Bovine viral diarrhea (BVD) is an infectious disease that affects cattle and is mainly associated with reproductive and production losses. For this reason, dairy farmers and technicians around the world have started to pay attention to the selection of health traits because, in addition to causing damage to this economic activity, there is also a concern with animal welfare. In Brazil, there are still no studies in the area of genetics that address the possibility of using the selection as a tool to assist in identifying animals resistant to bovine viral diarrhea to contribute to disease control programs. The objective of this master's thesis was to evaluate whether the trait resistance to the bovine viral diarrhea virus (BVDV) is prone to selection in Holstein cattle herds in the State of Paraná. In chapter II, the objective was to estimate the heritability coefficient for resistance to bovine viral diarrhea virus in Holstein cattle and the genetic correlations between the predicted transmission abilities (PTA) of bulls for the trait resistance to bovine viral diarrhea virus and traits of production, reproduction, and health. For this, 6,439 BVDV information from animals, born to 5,220 cows and 661 bulls, collected between 2015 and 2021, in 7 herds distributed in the State of Paraná (southern Brazil), belonging to the database of Paranaense Holstein Cattle Breed Association (APCBRH). Samples from young animals, newborns to pre-calving heifers, as well as lactating and dry cows, were tested for disease using the ELISA test kit (IDEXX BVDV Ag/Serum Plus Test®). The trait resistance to BVDV was treated as binary: positive animals = 1 (when the antigen ELISA test result was equal to or greater than 0.3) and healthy animals = 0 (when the antigen ELISA test result was less than 0.3). The genetic parameters were estimated through an animal model, using Gibbs sampling under a threshold model, presented as follows: Y = Xß + Z1hys + Z2alfa + e, where Y is a vector of observations, ß is a vector of fixed effects (including the intercept and, as covariable, the linear and quadratic effect of age of animal) hys is a vector of random effects for the herd, year (2015-2021) and season (1-4) - 153 levels, alfa is a vector of random additive genetic effects - 6,439 levels and, e is the vector of residual effect. X, Zx and Z2 are the incidence matrices for each effect, respectively. The prevalence of BVDV infection was 0.8% and the heritability for the trait resistance to bovine viral diarrhea virus estimated was 0.14±0.08. The genetic and residual variances were 0.15±0.09 and 0.93±0.10, respectively. The estimated genetic correlations between the PTA of bulls for BVDV and the productive, reproductive, and health traits were close to zero and non-significant. The small amount of information from animals positive for the disease may justify the non-significant genetic correlations between the traits. Although resistance to the bovine diarrhea virus has low heritability, there is genetic variability, which means that it may be possible to use it as a tool in animal breeding programs to improve herd health and complement protocols for the eradication of this disease on farms. Proceeding with the collection of information is essential, as it is expected that a database with a greater volume of information for both diseases and genealogy will improve the accuracy of estimates of genetic parameters and estimated genetic values. Therefore, genetic selection for health traits may contribute to mitigating diseases in dairy cattle herds.