Macro e micro sensibilidade ambiental para características produtivas e reprodutivas em bovinos da raça holandesa no Paraná

Abstract

Resumo: Os objetivos desta tese de doutorado foram avaliar a macrossensibilidade ambiental, representada pela interação genótipo ambiente (IGA), em bovinos da raça Holandesa, com foco em características produtivas e reprodutivas e identificar a microssensibilidade ambiental, entendida como resiliência, por meio da análise de indicadores de resiliência baseados nos desvios da produção de leite e das correlações entre os indicadores de resiliência e as características produtivas, de saúde e reprodutivas. A tese está estruturada em cinco capítulos: Capitulo I – Revisão de Literatura. Capítulo II - Mapeamento Bibliométrico da Interação Genótipo × Ambiente em Animais de Produção. Neste capítulo foram analisadas publicações de 1952 até julho de 2023 sobre os efeitos da IGA na pecuária, destacando tendências, países líderes e avanços científicos na área. Os dados foram coletados na base Web of Science (WOS) e processados no software VOSviewer. Os resultados mostraram que o Brasil e os Estados Unidos lideram as pesquisas sobre IGA, enquanto Índia, China e Uruguai despontam como países emergentes. Dentre os periódicos mais citados estão Journal of Animal Science, Journal of Dairy Science e Revista Brasileira de Zootecnia. No Brasil, destacam-se os grupos de pesquisa da UNESP (Jaboticabal) e FZEA/USP (Pirassununga), ambas instituições do Estado de São Paulo. Provavelmente, as mudanças climáticas têm impulsionado o interesse por estudos sobre IGA, além disso, a análise identificou um crescimento de integração de dados genômicos às pesquisas, o que pode aprofundar o entendimento sobre como os animais respondem às variações ambientais. Desse modo, o estudo reforçou a relevância de países como o Brasil nos avanços sobre o tema e revelou algumas tendências, como a utilização da genômica como ferramenta para identificar animais robustos a diferentes desafios ambientais. Capítulo III - Influência de Diferentes Desafios Ambientais na Expressão das Características Produtivas em Bovinos Holandeses na Região Sul do Brasil. O objetivo neste capítulo foi avaliar os efeitos da interação genótipo x ambiente sobre as produções de leite (PL305), produção de gordura no leite (PG305) e produção de proteína no leite (PP305), ajustadas aos 305 dias de lactação, em vacas Holandesas no Paraná. Foram utilizados 378.000 registros de vacas de primeira a terceira lactação, provenientes de 513 rebanhos, coletados nos anos de 2012 a 2022. O gradiente ambiental foi estabelecido com base nas soluções dos grupos contemporâneos, em que utilizou a produção de leite corrigida para 305 dias (PL305) como variável dependente. Utilizou-se o modelo de norma de reação (MNR) e correlações genéticas para avaliar a presença ou ausência do efeito da IGA. A herdabilidade da PL305 foi moderada (0,28) em gradientes menos desafiadores e baixa (0,18) nos mais desafiadores. Para a PG305, a herdabilidade variou de baixa (0,09) em ambientes menos desafiadores a moderada (0,28) em ambientes mais desafiadores, enquanto a PP305 manteve herdabilidade baixa, independentemente do ambiente. Não foram identificados efeitos de IGA sobre a PG305, em nenhuma das ordens de lactação. Não houve efeito da IGA sobre PL305 ou PP305 na primeira e segunda lactação. Contudo, na terceira lactação, a IGA afetou, significativamente, a PL305 e a PP305, especialmente sob gradientes ambientais extremos. Assim sendo, concluiu-se que a seleção para PL305, PP305 e PG305 durante a primeira lactação pode ser a estratégia mais eficaz, em função da menor influência da IGA nessa fase. Capítulo IV – Influência de diferentes desafios ambientais na expressão de características reprodutivas em gado Holandês no Sul do Brasil. Neste estudo o objetivo foi avaliar o impacto da interação genótipo x ambiente (IGA) sobre as características: idade ao primeiro parto (AFC), idade ao primeiro serviço (AFS) e intervalo entre partos (CI) em bovinos da raça Holandesa no estado do Paraná. Foram analisados dados de 179.492 animais de primeira, segunda e terceira lactação, coletados entre 2012 e 2022, provenientes de 513 rebanhos em 72 municípios do Paraná. O gradiente ambiental foi determinado com base nas soluções dos grupos contemporâneos, em que utilizou a produção de leite corrigida para 305 dias (PL305) como variável dependente. Para avaliar os efeitos da IGA foi utilizado um modelo de regressão aleatória. Foram estimadas as herdabilidades e as correlações genéticas entre as características estudadas. Nas condições ambientais mais favoráveis, o coeficiente de herdabilidade foi moderado (0,23) para AFC e baixo para as demais características. O impacto da IGA sobre o CI foi pequeno, mas para AFC e AFS foi relevante em todos os gradientes ambientais. A alteração na classificação dos genótipos sob condições ambientais extremas sugere que o genótipo de melhor desempenho em um ambiente pode não ser o mais eficiente em outro. Conclui-se que a IGA influenciou o desempenho dos animais para as características avaliadas, especialmente em condições ambientais extremas, o que reforça a importância de considerar o efeito da IGA em programas de seleção para o melhoramento genético animal. Capítulo V - Análise genética da resiliência de vacas primíparas da raça Holandesa. Os objetivos deste estudo foram estimar o coeficiente de herdabilidade para a característica resiliência usando-se três diferentes indicadores baseados nos desvios da produção de leite: 1) logaritmo natural da variância (LnVar), 2) autocorrelação (Auto) e 3) assimetria (Assim), e as correlações genéticas entre a resiliência e as características produtivas, de saúde e fertilidade em vacas primíparas da raça Holandesa. Embora o coeficiente de herdabilidade para resiliência tenha sido de baixa magnitude, independente do indicador de resiliência utilizado, foi possível identificar variabilidade genética, sendo que, o LnVar foi o que se destacou. Logo, espera-se que a seleção para essa característica seja possível. No entanto, a seleção para maior produção de leite poderá reduzir a resiliência das vacas Holandesas. Ainda assim, o LnVar mostrou-se uma ferramenta viável para avaliar e identificar a resiliência e auxiliar no melhoramento genético de bovinos leiteiros

Abstract: The objectives of this doctoral thesis were to evaluate macro-environmental sensitivity, represented by genotype-environment interaction (GEI), in Holstein cattle, focusing on productive and reproductive traits, and to identify micro-environmental sensitivity, understood as resilience, through the analysis of resilience indicators based on milk production deviations and the correlations between resilience indicators and productive, health, and reproductive traits. The thesis is structured into five chapters: Chapter I – Literature Review. Chapter II – Bibliometric Mapping of Genotype × Environment Interaction in Production Animals. This chapter analyzed publications from 1952 to July 2023 on the effects of GEI in livestock, highlighting trends, leading countries, and scientific advances in the field. Data were collected from the Web of Science (WOS) database and processed using the VOSviewer software. The results showed that Brazil and the United States lead GEI research, while India, China, and Uruguay are emerging countries in the field. Among the most cited journals are the Journal of Animal Science, Journal of Dairy Science, and Revista Brasileira de Zootecnia. In Brazil, research groups from UNESP (Jaboticabal) and FZEA/USP (Pirassununga), both institutions in the state of São Paulo, stand out. Climate change has likely driven interest in GEI studies, and the analysis identified a growing integration of genomic data into research, which may deepen the understanding of how animals respond to environmental variations. Thus, the study reinforced the relevance of countries like Brazil in advancements on the subject and revealed some trends, such as the use of genomics as a tool to identify animals robust to different environmental challenges. Chapter III – Influence of Different Environmental Challenges on the Expression of Productive Traits in Holstein Cattle in Southern Brazil. The objective of this chapter was to evaluate the effects of genotype × environment interaction on milk production (PL305), milk fat production (PG305), and milk protein production (PP305), adjusted to 305 days of lactation, in Holstein cows in Paraná. A total of 378,000 records from first to third lactation cows from 513 herds, collected from 2012 to 2022, were used. The environmental gradient was established based on the solutions of contemporary groups, using milk production corrected to 305 days (PL305) as the dependent variable. The reaction norm model (RNM) and genetic correlations were used to assess the presence or absence of GEI effects. The heritability of PL305 was moderate (0.28) in less challenging gradients and low (0.18) in more challenging ones. For PG305, heritability ranged from low (0.09) in less challenging environments to moderate (0.28) in more challenging ones, while PP305 maintained low heritability regardless of the environment. No GEI effects were identified for PG305 in any lactation order. No GEI effect was observed for PL305 or PP305 in the first and second lactations. However, in the third lactation, GEI significantly affected PL305 and PP305, especially under extreme environmental gradients. Therefore, it was concluded that selecting for PL305, PP305, and PG305 during the first lactation may be the most effective strategy, given the lower influence of GEI at this stage. Chapter IV – Influence of Different Environmental Challenges on the Expression of Reproductive Traits in Holstein Cattle in Southern Brazil. This study aimed to evaluate the impact of genotype × environment interaction (GEI) on the traits: age at first calving (AFC), age at first service (AFS), and calving interval (CI) in Holstein cattle in Paraná. Data from 179,492 animals in their first, second, and third lactation, collected between 2012 and 2022 from 513 herds in 72 municipalities in Paraná, were analyzed. The environmental gradient was determined based on the solutions of contemporary groups, using milk production corrected to 305 days (PL305) as the dependent variable. A random regression model was used to assess GEI effects. Heritabilities and genetic correlations between the studied traits were estimated. Under more favorable environmental conditions, the heritability coefficient was moderate (0.23) for AFC and low for the other traits. The impact of GEI on CI was small, but for AFC and AFS, it was relevant across all environmental gradients. Changes in genotype rankings under extreme environmental conditions suggest that the best-performing genotype in one environment may not be the most efficient in another. It was concluded that GEI influenced animal performance for the evaluated traits, especially under extreme environmental conditions, reinforcing the importance of considering GEI effects in selection programs for genetic improvement in dairy cattle. Chapter V – Genetic Analysis of Resilience in Primiparous Holstein Cows. The objectives of this study were to estimate the heritability coefficient for the resilience trait using three different indicators based on milk production deviations: 1) natural logarithm of variance (LnVar), 2) autocorrelation (Auto), and 3) skewness (Assim), and to estimate the genetic correlations between resilience and productive, health, and fertility traits in primiparous Holstein cows. Although the heritability coefficient for resilience was of low magnitude, regardless of the resilience indicator used, genetic variability was identified, with LnVar standing out. Thus, selection for this trait is expected to be possible. However, selecting for higher milk production may reduce the resilience of Holstein cows. Nevertheless, LnVar proved to be a viable tool for evaluating and identifying resilience and aiding in the genetic improvement of dairy cattle