Kerstin Brügemann

Untersuchungen zur Heterogenität der Varianzen von Merkmalen der Milchleistung unter differenzierter Stratifikation des Gesamtmaterials beim Holsteinrind in Deutschland

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor agriculturarum (Dr. agr.) vorgelegt der Naturwissenschaftlichen Fakultät III der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 20.10.2008

Abstract
Das Ziel dieser Studie war es, heterogene Varianzen innerhalb einzelner Milchviehbetriebe im Gebiet von vier Rinderzuchtverbänden im Norden und Osten Deutschlands zu untersuchen. Es sollten Herden identifiziert werden, deren genetische Parameter sich auf einem hohen Niveau befinden und die gleichzeitig erstrebenswerte Herdenkennziffern aufweisen, um ein System von Vertragsherden für die Nachkommenprüfung junger Bullen aufzubauen.
Für jeden der 100 größten Betriebe wurden Varianzkomponenten für die Testtagmilchleistung der ersten Laktation in den Kalbejahren 1992-2004 mit VCE5 geschätzt. Die Heritabilitäten lagen zwischen h21 = 0,04 und h21 = 0,38 und die additiv-genetischen Varianzen reichten von σ2a1 = 1,5 kg2 bis σ2a1 = 11,7 kg2. Korrelationsanalysen in SAS wurde verwendet, um mögliche Einflussfaktoren zu identifizieren. Dazu wurden Wechselbeziehungen zwischen den genetischen Parametern und einer Reihe von betrieblichen Kenngrößen der 100 Herden untersucht. Kein Zusammenhang wurde zwischen den Schätzwerten und der Herdengröße gefunden. Zwischen durchschnittlicher Testtagsmilchleistung und Heritabilität bestand eine positive Beziehung in Höhe von r = 0,29 **. Die durchschnittlichen Naturalzuchtwerte der Kühe aus der nationalen Zuchtwertschätzung wiesen eine Korrelation von r = 0,21* zu den Heritabilitäten auf. Von besonderer Bedeutung ist die deutlich positive Wechselbeziehung zur Standardabweichung der Kuhzuchtwerte in den Herden von r = 0,39 ***, weil diese Tatsache Zuchtorganisationen überzeugt, ihre Bullen in den Herden mit hohen Heritabilitäten zu prüfen. Die Unterteilung der Herden in Klassen führte zu dem Schluss, dass die beste Differenzierung von Töchtergruppen möglich sein sollte, wenn die Heritabilität innerhalb des Bereiches von h21 = 0,25 bis h21 = 0,30 liegt. Die negative Wechselbeziehung zwischen Heritabilität und Kalbealter (r = -0,17 n.s.) ist nur in den höheren Laktationen signifikant. Der Anteil fehlender Abstammungsinformationen dagegen hat einen deutlich negativen Einfluss auf die Heritabilität (r = -0,34***). Eine positive Wechselbeziehung (r = 0,29 **) existiert zum Verwandtschaftskoeffizienten zwischen den Tieren jeder Herde. Je besser die Anpassung des Modells, desto größer ist außerdem der Anteil der additiv-genetischen Varianz an der Gesamtvarianz. Dies trifft jedoch nur für die Schätzwerte der zweiten und dritten Laktation zu (r = 0,29 ** und r = 0,43 ***). Die Schätzung der genetischen Korrelationen zwischen einigen ausgewählten Herden ergab Werte zwischen rg = 0,44 und rg = 1,00, die vermutlich von der Höhe der Verwandtschaftskoeffizienten abhängen. Die Verwendung unterschiedlicher Modelle, Änderungen an den Daten sowie die Betrachtung anderer Merkmale führten teilweise zu beträchtlichen Veränderungen der Schätzwerte. Dazu wurden die Rangierung der Betriebe, die durchschnittliche Differenz zwischen den Heritabilitäten und Korrelationen verglichen. Aber es gab keinen Hinweis, dass Schätzwerte, zum Beispiel durch die Beseitigung von Ausreißern, systematisch erhöht sein könnten.
Daten der westdeutschen Zuchtorganisationen waren nach mittlerer Herdengröße und Herdenleistung stratifiziert worden. Die Heritabilitäten im Verbandsgebiet WEST1 reichten von h21 = 0,19 bis h21 = 0,33, für WEST2 resultierten Schätzwerte zwischen h21 = 0,19 und h21 = 0,35. Es gab vornehmlich höhere Heritabilitäten in den größeren Kategorien, sowohl bei den Leistungsklassen (WEST1: r = 0,71 ***, WEST2: r = 0,81 ***) als auch bei den Größenklassen (WEST1: r = 0,32 n.s., WEST2: r = 0,12 n.s.). Der Effekt der Größe wurde stärker, wenn andere Herangehensweisen verwendet wurden. Diese zeigten auch, dass die großen Herden der Zuchtorganisation WEST2 höhere Restvarianzen haben, vermutlich aufgrund spezieller Managementgruppen. Die Wechselbeziehungen zwischen Heritabilität und Standardabweichung der Zuchtwerte (WEST1: r = 0,68 *** und WEST2: r = 0,80 ***), sowie Erstkalbealter (WEST1: r = -0,70 *** und WEST2: r = -0,66 ***) und Anteil unbekannter Väter (WEST1: r = -0,68 *** und WEST2: r = -0,64 ***) sind alle hochsignifikant von Null verschieden und deutlicher als bei der Betrachtung ostdeutscher Großbetriebe.

The aim of this study was to examine heterogeneous variances at the level of single dairy farms in the area of four northern German breeding associations. The purpose of exploring herds with favorable genetic parameters and other suitable characteristics is to give recommendations for organizations who intend to build up a system of contract herds for evaluating the progeny of young bulls. Implementing breeding strategies in large farms is easier, because only a few farmers have to be contacted and enough daughter groups and contemporaries would be available. Furthermore, they meet the technical requirements and are able to apply standardized procedures for collecting functional traits accuratly.
Variance components for first lactation test-day milk yield of calving years 1992-2004 in each of the 100 largest herds were estimated with VCE5. Heritabilities ranged between h21 = 0.04 and h2 1 = 0.38 and additive-genetic variances from σ2a1 = 1.5 kg2 to σ2a1 = 11.7 kg2.
Correlation analysis in SAS was used to identify potential factors of influence. Correlations of each herd characteristic with heritability were computed. No relationship was found between estimates and herd size. Between average test-day milk yield and heritability an association at a value of r = 0.29** was found. The average natural breeding values of cows from official genetic evaluation showed a relation of r = 0.21*. Of special importance is the clearly positive correlation to the standard deviation of breeding values in the herds of r = 0.39***, because this fact convinces breeding organizations to test their bulls in herds with high heritabilities. Dividing the herds into classes led to the conclusion that the best differentiation of daughters should be possible when heritability lies within the range from h21 = 0.25 to h21 = 0.30. The negative correlation between heritability and calving age (r = -0.17 n.s.) is only significant in higher lactations, but both the portion of missing sire information and missing dam information have a clearly negative influence on heritability (r = -0.34*** and r = -0.36***). A positive correlation (r = 0.29**) exists with the coefficient of relationship between animals in the herds. The better the adjustment of the model, the larger is the portion of the additivegenetic variance on total variance. However, this association applies only to the second and third lactation (r = 0.29** and r = 0.43***).
The estimation of genetic correlations between a few selected herds resulted in values between rg = 0.44 and rg = 1.00, which probably depend on the magnitude of the relationship coefficients.
The comparison of ranking, average difference between heritabilities, and correlation led to substantial variation of estimates under several models analysed, data edits, or for different traits. But there was no advice that estimates could be systematically increased by the elimination of outliers, for example.
Data of Western German breeding organizations were stratified for herd size and herd mean yield. The heritabilities of WEST1 ranged from h21 = 0.19 to h21 = 0.33, WEST2 had estimates between h21 = 0.19 und h21 = 0.35. There were notably higher heritabilities in larger classes, both in the yield classes (WEST1: r = 0.71***, WEST2: r = 0.81***) and the size classes (WEST1: r = 0.32 n.s., WEST2: r = 0.12 n.s.). The effect of the size became stronger when other approaches were used, which also show that the large herds of breeding organization WEST2 have higher residual variances, probably due to special management groups. The correlations between heritability and standard deviation of breeding values (WEST1: r = 0.68*** and WEST2: r = 0.80***), as well as age at first calving (WEST1: r = -0.70*** and WEST2: r = -0.66***) and portion of unknown sires (WEST1: r = -0.68*** and WEST2: r = -0.64***) are all highly significant within the western companies and appear more clearly than in the Eastern German large-scale farms.

Keywords:
Holsteinrind, Testherden, Milchleistung, Heritabilität, heterogene Varianzen

Holstein cow, contract herds, milk yield, heritability, heterogeneous variances

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