O nowych cechach w hodowli
na III Forum Genetycznym, cz. 1

Z uwagi na trwającą pandemię koronawirusa trzecia edycja konferencji Forum Genetycznego odbyła się za pośrednictwem Internetu na początku grudnia ubiegłego roku. Prelegenci, w tym także z Wielkiej Brytanii i Danii, wskazywali na konieczność podjęcia szybkich działań na rzecz zmian bydła mlecznego, które powinno być jeszcze bardziej efektywne w produkcji mleka i mniej uciążliwe dla środowiska. Wiąże się to z koniecznością wdrożenia do indeksów selekcyjnych wielu nowych cech.

tekst i zdjęcia: RYSZARD LESIAKOWSKI, zdjęcie: ARCHIWUM

Drodzy hodowcy, uzyskaliście bardzo wysoki poziom produkcji mleka, co było uwarunkowane wieloma czynnikami, na pewno poprawą środowiska, w szerokim znaczeniu tego słowa, lepszym żywieniem, ale nie możemy zapominać o genetyce. Będziemy musieli ograniczać stosowanie antybiotyków, powinniśmy także obniżać koszty produkcji, hodując krowy zdrowe, funkcjonalne i długowieczne. Dlatego mottem przewodnim dzisiejszej konferencji są nowe cechy w hodowli bydła mlecznego. Na podstawie doświadczeń i badań przeprowadzonych w innych krajach wiemy, że dzięki selekcji genomowej można takie krowy wyhodować. Dlatego zaprosiliśmy wybitnych fachowców z kraju i z zagranicy, którzy przekażą nam wiedzę z zakresu doskonalenia u bydła takich cech, jak zdrowotność racic, wykorzystanie paszy czy też emisja metanu – powiedział dr Dariusz Piątek, przewodniczący Rady Programowej PFHBiPM, otwierając III Forum Genetyczne. Przypomniał, że pierwsze Forum Genetyczne odbyło się w Poznaniu w 2018 roku, a jego mottem przewodnim była selekcja genomowa. Rok później druga edycja Forum Genetycznego miała miejsce na Podlasiu i była poświęcona Indeksowi Ekonomicznemu. W 2020 roku konferencję odwołano z powodu pandemii, a w 2021 jej trzecia edycja odbyła się w technologii online i trwała dwa dni. Pierwszy dzień był seminaryjny, w drugim dniu uczestnicy Forum mogli obejrzeć relację wideo z przeprowadzonego w gospodarstwie Macieja Pohla przez dr n. wet. Andreę Fidler (Niemcy) audytu obejmującego wpływ środowiska na zdrowotność racic.

Wyzwania w hodowli bydła mlecznego

– W hodowli najbardziej jesteśmy zainteresowani przyszłością, ponieważ nie można zmienić zwierzęcia, które już wyhodowaliśmy. Można zmienić przyszłe pokolenia zwierząt, aby dostosować je do wyzwań przyszłości, a w najbliższym czasie musimy wiele zrobić – powiedział prof. Mike Coffey ze Szkockiego Uniwersytetu Rolniczego w Edynburgu oraz szef brytyjskiego ośrodka obliczeniowego EGENES w zakresie szacowania wartości hodowlanej zwierząt gospodarskich. W jego opinii obecnie nasza planeta nie pozwala nam na luksus, jakim byłaby zmiana naszych zwierząt, trwająca dziesiątki lat. Jesteśmy zmuszeni do szybkiej zmiany naszych krów, aby sprostać stawianym wyzwaniom, do których należy przede wszystkim poprawa efektywności wykorzystania zasobów naturalnych, takich jak pasza. Kolejnym zadaniem jest redukcja emisji gazów cieplarnianych, równie ważnym – uodpornienie się mikroorganizmów na antybiotyki. Wspólnym mianownikiem wymienionych wyzwań jest konieczność natychmiastowego uwzględnienia ich w celach hodowlanych. W dłuższej perspektywie istotna będzie poprawa odporności zwierząt na choroby.

EnviroCow – nowy indeks w Wielkiej Brytanii

Jak poinformował prof. Coffey, w odpowiedzi na powyższe wyzwania kilkanaście tygodni temu w Wielkiej Brytanii wdrożono nowy indeks, nazywany EnviroCow. – W tym indeksie zebraliśmy cechy dotychczas uwzględnianie w ocenie bydła mlecznego i wyraziliśmy ich wartości w ekwiwalencie dwutlenku węgla. Ponadto uwzględniliśmy nowy indeks strat żywieniowych powiązany z wykorzystaniem paszy, który jest obliczany na podstawie rzeczywistego, zmierzonego pobrania paszy – informował prelegent z Wielkiej Brytanii. W jego opinii indeks EnviroCow jest wysoce kompletny, umożliwia ocenę wpływu selekcji bydła na środowisko. Naukowiec zwrócił uwagę na duże znaczenie długowieczności krów: – im krowa dłużej żyje i im więcej mleka produkuje, tym jest mniej uciążliwa dla środowiska. Brytyjczycy zamierzają do 2040 roku osiągnąć 20-procentową redukcję gazów cieplarnianych produkowanych przez bydło mleczne. Cel ma być realizowany poprzez zwrócenie uwagi hodowców na dodatkowe cechy i publikacje indeksów selekcyjnych obrazujących wpływ zwierząt na środowisko.

Nowe cechy to nowe fenotypy i dane o zwierzętach

Fenotyp to obserwowany poziom danej cechy. Coraz częściej do zbierania fenotypów wykorzystywane są nowoczesne technologie. W opinii prof. Coffeya wiele możliwości daje technologia wykorzystująca podstawową podczerwień, stosowana obecnie do określenia składu mleka pobranego podczas próbnych udojów. Z tych próbek można także odczytać wiele innych informacji, np. profil kwasów tłuszczowych i występowanie ketozy, czy przewidzieć bilans energetyczny krowy. Na podstawie próbek mleka możliwe jest pozyskanie informacji o płodności krów i występowaniu gruźlicy. – Do analizy zebranych danych wykorzystujemy technologię uczenia maszynowego – informował Brytyjczyk.

Dane o zwierzętach to dobro narodowe

Zdaniem naukowca z Wielkiej Brytanii zmiana stosunku do danych (określenie ich jako kapitał) dokonała się wiele lat temu. Obecnie uważa się, że są one dobrem narodowym. W opinii prelegenta stosunek ten będzie się zmieniać jeszcze szybciej. Pojawi się wiele narzędzi, które będą generować ogromne zbiory danych. Gdybym był hodowcą i właścicielem dużej fermy, rozważyłbym hodowanie fenotypów. Fenotypy te mogą mieć większą wartość niż produkty rolne. W erze genomowej fenotyp jest królem – powiedział prof. Mike Coffey.

Pomiar pobrania paszy z wykorzystaniem kamer 3D

Przykładem zastosowania nowoczesnych technologii do zbierania danych o nowych cechach bydła mlecznego jest system pomiaru pobrania paszy przez krowy z wykorzystaniem kamer 3D, zaprezentowany przez dr. Jana Lassena z Danii, starszego menedżera projektów w firmie VikingGenetics. Okazuje się, że nowoczesne kamery 3D umożliwiają także identyfikację zwierząt, monitorowanie pobrania paszy podczas każdej wizyty krowy przy stole paszowym i szacowanie wagi zwierząt na podstawie kształtu grzbietu.

Kamery zostały zamontowane w komercyjnych fermach mlecznych. W oborach znajdują się one 4,5 m nad posadzką, a odstęp między nimi wynosi 2,5 m. Technologia pomiaru pobrania paszy nazywa się „czas lotu”. Oznacza to, że mierzony jest czas, aby wiązka światła z kamery o odpowiedniej częstotliwości zderzyła się z obiektem oraz powróciła do kamery. – Gdy stół paszowy jest pusty, to wiadomo, że znajduje się on 4,5 m od kamery. Gdy sygnał z kamery odbił się w odległości 4,2 m, to znaczy, że na stole paszowym mamy warstwę paszy o grubości 30 cm. W ten sposób mierzona jest warstwa paszy wzdłuż i wszerz stołu paszowego. Wtedy możemy oszacować, ile paszy leży przed krowami – wyjaśniał prelegent. Kamery zapisują obraz, zanim krowa umieści głowę nad paszą, oraz moment, kiedy zaczęła jeść. W międzyczasie zwierzę jest automatycznie identyfikowane (o czym za chwilę). Następnie zapisywany jest (w formie zdjęcia) moment, gdy zwierzę zabiera głowę ze stołu paszowego, i jednocześnie szacowana jest grubość warstwy paszy. Porównując dwa zdjęcia, tj. to przed posiłkiem i po nim, system oblicza różnicę objętości warstw paszy. – Zdjęcia rejestrują nie tylko paszę pobraną przez krowę, ale także tę nagarniętą, wtedy warstwa paszy jest wyższa, niż była. Różnica między paszą ubyłą a dodaną stanowi ilość paszy zjedzonej przez krowę. W ten sposób rejestrowane są wszystkie posiłki w ciągu doby i składają się na pobranie paszy – wyjaśnił Duńczyk. Litry paszy są przeliczane na kilogramy. Fenotyp, który podlega analizie, to tygodniowa średnia z dziennych pobrań paszy dla każdej krowy. Dane zbierane są od lutego 2019 roku od 1492 krów rasy jersey, 1222 rasy czerwonej i 1536 rasy HF. Średnie dzienne pobranie paszy przez krowy rasy jersey wyniosło 54,74 kg, w przypadku krów o umaszczeniu czerwonym jest to 59,72 kg, a dla rasy HF – 60,59 kg/dzień.

Dane te są obecnie wykorzystywane do oceny wartości hodowlanej dla tych trzech ras.

Przedstawiciel VikingGenetics przedstawił także metodę identyfikacji krów za pomocą kamer 3D. Wyjaśniając w bardzo dużym uproszczeniu, kamery bardzo dokładnie rejestrują kształt grzbietu zwierząt i zapisują zebrane dane w postaci zdjęć. Informacje te są przetwarzane z wykorzystaniem sztucznej inteligencji i przypisują je do konkretnej krowy. Zastosowany algorytm wykorzystuje dane koloru krowy, wzoru na jej sierści i jego konturów. Jak poinformował prelegent, dla trzech testowanych ras, tj. jersey, HF i bydła czerwonego, dokładność identyfikacji tą metodą wynosi powyżej 99%. Ciekawy jest także sposób oceny masy ciała krów za pomocą kamer 3D. Podstawą jest kształt linii grzbietowych, poprowadzonych według przyjętego schematu. W efekcie powstaje wzór porównywalny z odciskiem palca. Opracowany model statyczny umożliwia przypisanie kształtom linii na grzbiecie masy ciała zwierzęcia. Korelacja między masą ciała oszacowaną w ten sposób a określoną za pomocą tradycyjnego ważenia wynosi ok. 94%.
– Cały czas doskonalimy nasz system i rozwijamy. Planujemy instalowanie go w większej liczbie stad, aby dane były jak najbardziej wiarygodne – powiedział Jan Lassen.

Ograniczanie emisji metanu

– Zmiany klimatyczne są faktem, a hodowla bydła ma udział w tych zmianach. Możemy obniżać emisję metanu przez krowy, m.in. dzięki selekcji genomowej – informował dr hab. Marcin Pszczoła z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, wygłaszając prelekcję podczas III Forum Genetycznego pt. „Genetyka a emisja gazów cieplarnianych”. Krowy produkują rocznie przeciętnie ok. 128 kg metanu, co – zdaniem naukowca – odpowiada ilości dwutlenku węgla wydzielanego przez średniej klasy samochód osobowy podczas dwukrotnego okrążenia kuli ziemskiej. Przytaczając wyniki badań własnych oraz literatury światowej, naukowiec z poznańskiego uniwersytetu poinformował, że różnice występujące między zwierzętami w związku z emisją przez nie metanu wynikające z aspektów genetycznych wynoszą ok. 25%. Jednak do prowadzenia selekcji hodowlanej potrzebna jest odpowiednia ilość danych, aby zbudować populację referencyjną. W przypadku populacji referencyjnej składającej się z buhajów dane powinny być zebrane od ok. 2 tys. samców ocenionych na córkach. Z uwagi na koszty zadanie to trudno zrealizować. Jak poinformował prelegent z UP w Poznaniu, populację referencyjną można także zbudować w oparciu o krowy. Wtedy zgenotyowanych krów z określonym poziomem metanu potrzeba między 5 tys. a 10 tys. Zdaniem naukowca to jest realne, ponieważ oznacza 100 stad, w których utrzymuje się 100 krów.
– Jeżeli uda się zgromadzić pomiary dla emisji metanu i genotypy zwierząt, to można budować żeńską populację referencyjną dla tej cechy. Żeńska populacja referencyjna jest rekomendowana dla nowych cech, które są trudno mierzalne. Wtedy można prowadzić selekcję genomową dla zwierząt, które mają tylko genotyp. Mogą to być buhajki i jałówki, co praktykuje się już w niektórych krajach. W tym miesiącu ruszył w Holandii projekt, w ramach którego urządzenia mierzące ilość metanu wydzielanego przez krowy będą montowane na 100 fermach, a celem jest zebranie danych od 10 tys. samic – informował dr hab. Marcin Pszczoła. W jego opinii krowy wydzielające mniej metanu lepiej wykorzystują pasze i efektywniej produkują mleko. 

W kolejnym wydaniu przedstawimy prelekcję dr Katarzyny Rzewuskiej z Centrum Genetycznego PFHBiPM pt. „Nowe źródła fenotypów na przykładzie schorzeń racic” oraz wykład prof. dr. hab. Tomasz Strabla z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu pt. „Czy warto mieć krowy o wyższej wartości hodowlanej?”.