Genetic parameters estimation for novel traits

Abstract

Genetic improvement is a cornerstone of animal production systems, potentially enhancing productivity, health, and welfare across livestock species. The success of breeding programs relies on the accurate estimation of genetic parameters, which guide selection decisions and enable the prediction of breeding values. The parameters, heritability, genetic correlation, and repeatability, are informative, as they quantify the extent to which phenotypic variation is attributable to genetic causes and help to define the expected response to selection. Genetic parameters are derived from the decomposition of phenotypic variance into its underlying components, including additive genetic, maternal, environmental, and permanent environmental variances. Estimating these components typically involves linear mixed models and relies on appropriately structured data sets. Understanding the magnitude and structure of these components is essential for the design and implementation of effective breeding strategies. Different categories of traits tend to exhibit distinct patterns of genetic variability. Production traits, such as milk yield and composition, are typically characterized by moderate to high heritability and repeatability. Reproductive traits, in contrast, often show low heritabilities due to their complex physiological nature and strong environmental influence. Welfare-related traits and health indicators usually present low to intermediate values, reflecting both genetic and environmental contributions to their expression. These expected ranges provide important context when interpreting estimated genetic parameters and inform selection strategies across trait types. This thesis aimed to estimate variance components and genetic parameters across different countries, animal populations, and trait categories, providing a comprehensive evaluation of the genetic architecture of production, reproductive, and welfare traits. Despite the biological and species- specific differences, a unified analytical approach was applied, with each study focusing on genetic (direct and maternal) variances and covariances and repeatability when applicable. The first study focused on dairy Gir cattle in Brazil, aiming to estimate heritability, genetic correlations, and repeatability for milk quality traits, namely fat percentage, protein percentage, and somatic cell count. The second study evaluated calving ease in a beef-on-dairy system in the United States, involving Jersey and Holstein cows inseminated with Angus, Charolais, and Simmental bulls,intending to estimate direct and maternal heritabilities for this reproductive trait. The third study, conducted in the Netherlands, involved a pig population and focused on the estimation of genetic parameters for two welfare-related traits: swine inflammation and necrosis syndrome and skin damage. The analysis included direct and maternal heritability estimates, genetic correlations between the traits, and repeatability estimates for skin damage. Across studies, the results aligned with established expectations for the trait categories: reproductive traits exhibited the lowest heritabilities, welfare traits also showed low estimations, and production traits demonstrated higher heritabilities and repeatabilities. These findings reinforce the importance of tailoring breeding strategies to the genetic characteristics of each trait and contribute to the broader understanding of trait-specific genetic variability across livestock species. Keywords: Beef-on-Dairy. Gir cattle. Livestock. Pigs. Variance components. SINS.O melhoramento genético é um pilar fundamental na produção animal, aumentando potencialmente a produtividade, reprodução e o bem-estar independente da espécie. O sucesso dos programas de melhoramento depende da estimativa acurada dos parâmetros genéticos, que orientam as decisões de seleção e permitem a previsão dos valores genéticos. Os parâmetros (herdabilidade, correlação genética e repetibilidade) são particularmente informativos, pois quantificam a extensão em que a variação fenotípica é atribuível a causas genéticas e ajudam a definir a resposta esperada à seleção. Os parâmetros genéticos são derivados da decomposição da variância fenotípica, incluindo variâncias genéticas aditivas, maternas, ambientais e ambientais permanentes. A estimativa desses componentes normalmente envolve modelos lineares mistos e depende de conjuntos de dados adequadamente estruturados. Compreender a magnitude e a estrutura desses componentes é essencial para a implementação de estratégias de melhoramento genético eficazes. Diferentes categorias de características tendem a exibir padrões distintos de variabilidade genética. Características de produção, como produção e composição do leite, são tipicamente caracterizadas por herdabilidade e repetibilidade de moderadas a altas. Características reprodutivas, por outro lado, frequentemente apresentam baixa herdabilidade devido à sua natureza fisiológica complexa e forte influência ambiental. Características relacionadas ao bem-estar e indicadores de saúde geralmente apresentam valores baixos a intermediários, refletindo contribuições genéticas e ambientais para sua expressão. Essas faixas esperadas fornecem contexto importante ao interpretar parâmetros genéticos estimados e informam estratégias de seleção entre os tipos de características. Esta tese teve como objetivo estimar componentes de variância e parâmetros genéticos em diferentes países, populações animais e categorias de características, fornecendo uma avaliação abrangente da arquitetura genética de características de produção, reprodução e bem-estar. Apesar das diferenças biológicas e específicas das espécies, uma abordagem analítica unificada foi aplicada, com cada estudo focando em variâncias e covariâncias genéticas (diretas e maternas) e repetibilidade quando aplicável. O primeiro estudo se concentrou em gado Gir leiteiro no Brasil, com o objetivo de estimar herdabilidade, correlações genéticas e repetibilidade para características de qualidade do leite, analisou-se porcentagem de gordura e proteína, e contagem de células somáticas. O segundo estudo avaliou a facilidade de parto em um sistema de Beef-on-Dairy nos Estados Unidos, envolvendo vacas Jersey e Holandesas inseminadas com touros Angus, Charolês e Simental, com o objetivo de estimar as herdabilidades direta e materna para essa característica reprodutiva. O terceiro estudo envolveu uma população de suínos na Holanda, e se concentrou na estimativa de parâmetros genéticos para duas características relacionadas a saúde e bem-estar, síndrome de inflamação e necrose suína e danos à pele. A análise incluiu estimativas de herdabilidade direta e materna, correlações genéticas entre as características e estimativas de repetibilidade para danos à pele. Entre os estudos, os resultados se alinharam às expectativas para as categorias de características. As características reprodutivas e de bem-estar exibiram baixas herdabilidades, enquanto as características de produção demonstraram maiores herdabilidades e repetibilidades. Essas descobertas reforçam a importância de investigar e adaptar as estratégias de melhoramento para cada característica, contribuindo para uma compreensão mais ampla da variabilidade genética específica da característica entre as espécies de animais de produção. Palavras-chave: Bovino de corte. Bovino de leite. Estimação de componentes de variância. Gir Leiteiro. Suínos. SINS.