مطالعه تاثیر تنش گرمایی بر عملکرد و فراسنجه‌های ژنتیکی تولید شیر، تولیدمثل و scs گاوهای هلشتاین ایران

چکیده مبسوطمقدمه و هدف: بهبود توانایی حیوانات برای مقابله با شرایط نامطلوب محیطی یک چالش در صنعت دام می‎باشد. شرایط محیطی نامطلوب، به‎ویژه تنش گرمایی، مسائل اقتصادی مهمی در دامداری هستند، زیرا بر تولید گاوهای شیری تاثیر منفی می‌گذارند. اگرچه حیوانات قادر به سازگاری با آب و هوای گرم هستند، مکانیسم‎های سازگاری آنها ممکن است برای عملکرد تولیدی آنها مضر باشد. پتانسیل ژنتیکی حیوان می‎تواند نقش مهمی در کنترل میزان کاهش تولید شیر، عملکرد تولیدمثل و سلامت پستان گله در شرایط آب و هوایی استرس‎زا ایفا کند. لذا هدف از این مطالعه بررسی تاثیر تنش گرمایی بر صفات تولید شیر، تولیدمثل و نمره سلول‎‎های سوماتیک (scs) و شناسایی بهترین شاخص دما-رطوبت مناسب برای مطالعه تنش گرمایی در گاوهای شیری هلشتاین ایران بود. همچنین تحت ارزیابی ژنتیکی برای تنش گرمایی، پدران برتر ژنتیکی برای تحمل گرما شناسایی و ارزش ژنتیکی آنها در صفات عملکردی بررسی شد.مواد و روش‎ها: پارامترهای ژنتیکی مرتبط با تحمل تنش گرمایی شامل صفات تولید شیر، سلامت پستان (scs) و تولیدمثل (روزهای باز و فاصله زایش تا اولین تلقیح) برآورد شدند. داده‌ها شامل 145731 رکورد روز آزمون گاوهای هلشتاین از اولین شیردهی در 323 گله مرکز اصلاح نژاد ایران بین سال‌های 2008 تا 2018 جمع‌آوری شد. رکوردهای روز آزمون با مقادیر شاخص دما-رطوبت روزانه (thi) براساس سوابق هواشناسی ایستگاه‌های هواشناسی ادغام شدند. هر رکورد شامل حداقل، حداکثر و میانگین دمای روزانه، میانگین رطوبت نسبی روزانه و میانگین باران روزانه بود. فراسنجه‎های ژنتیکی با کمک مدل حیوان و رگرسیون تصادفی تحت روش بیزی با استفاده از نرم‎افزار gibsf90 برآورد شدند. برای تخمین مولفه‌های واریانس، از مدل‌های روز آزمون تکرارپذیر چند صفتی با رگرسیون تصادفی روی مقادیر thi استفاده شد. مدل‌ها شامل کلاس‌های روز آزمون گله و dim به‎عنوان اثرات ثابت، و هوای معمولی، تحمل گرما و محیطی دائمی به‎عنوان اثرات تصادفی در نظر گرفته شدند.یافته‎ها: نتایج نشان داد که صفات تولیدی و عملکردی باافزایش thi (thi>72)کاهش فنوتیپی و ژنتیکی داشتند، در حالی‎که سطحscs با افزایش thi افزایش یافت. در تحقیق حاضر میانگین تولید شیر در محدوده شاخص thi<72 روندی نسبتا ثابت با میانگین 35/72 کیلوگرم را طی کرد، اما با افزایش شاخص از آستانه 72 شاهد کاهش میانگین تولید شیر به 31/25 کیلوگرم بودیم. در واقع می‎توان گفت که نقطه بهینه thi برای تولید شیر بین 72-70 (9 تا 13 درجه سانتی‎گراد) مشاهده شد. به‎طور متوسط میانگین روزهای باز 28/64±114/47 روز و فاصله زایش تا اولین تلقیح 16/42±62/38 روز تخمین زده شد. بیشترین طول روزهای باز و فاصله زایش تا اولین تلقیح طی تابستان (به‎ترتیب 35/41 و 69/71) و کمترین در زمستان (به‎ترتیب 100/07 و 54/64) مشاهده شد. علاوه بر این، صفات تولید شیر و تولیدمثل دارای بیشترین نسبت شیب ژنتیکی بودند که نشان می‌دهد در سطوح بالای thi بیشتر تحت تاثیر تنش گرمایی قرار می‌گیرند. از آنجایی‎که این ویژگی به عنوان منعکس کننده بسیج ذخیره بدن شناخته شده است، استفاده از تغییرات آن در شرایط گرم می‎تواند یک نشانگر زیستی بسیار مقرون به صرفه برای تنش گرمایی در گاوهای شیری باشد که تعادل بین مصرف و تحرک در شرایط گرم را بیان کرده و لزوم وارد کردن اثر ژنتیک افزایشی در مدل ارزیابی مقاومت به گرما را پررنگ می‎کند. همچنین مرحله شیردهی که در آن گاوها تنش گرمایی را تجربه می‎کنند نیز بر شدت اثر تنش گرمایی بر تولید شیر تاثیر می‎گذارد. گاوهایی که در اواسط شیردهی هستند بیشترین آسیب، گاوهایی که در اوایل شیردهی هستند کمترین آسیب را می‎بینند، در حالی‎که گاوهایی که در اواخر شیردهی هستند به‎طور متوسط تحت تاثیر قرار می‎گیرند. گاوهای پر تولید در مقایسه با گاوهای کم تولید بیشتر تحت تاثیر تنش گرمایی قرار داشتند. از سویی دیگر، همبستگی ژنتیکی مثبت برای scs بین تنش خنثی و گرمایی شناسایی شد، از این‎رو ادامه انتخاب برای scs پایین‌تر پاسخ انتخاب مطلوبی را برای  scs تحت تنش گرمایی به‎همراه خواهد داشت. نتیجه‎گیری: تنش گرمایی یکی از عوامل مهمی است که بر تولید شیر، تولیدمثل و سلامت گاو هلشتاین تاثیر منفی می‎گذارد. تاثیر تنش گرمایی را می‎توان با اصلاح محیط (تغذیه و خنک کننده) یا با انتخاب ژنتیکی حیواناتی که کمتر تحت تاثیر تنش حرارتی قرار دارند، کاهش داد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که عمکرد تولیدی، تولیدمثلی و scs به‎میزان قابل ملاحظه‎ای تحت تاثیر شاخص دما-رطوبت قرار می‎گیرد. با توجه به این موضوع که پتانسیل ژنتیکی حیوانات تحت تاثیر تنش گرمایی متفاوت می‎باشد، و با توجه به تغییرات جهانی دما، توصیه می‎شود اثر مقاومت حیوان به تنش گرمایی به‎عنوان یک عامل موثر در شاخص‎های ارزیابی گاوهای نر و مولد ممتاز مدنظر قرار گیرد تا منجر به تولید و پرورش حیوانات مقاوم‎تری در گله‎ها به‎ویژه در مناطق گرمسیری شود. شاخص thi بهینه برای گاوهای هلشتاین ایرانی زیر 72 برای صفات تولیدی، تولیدمثلی و سلامت پستان به‎دست آمد. اختلال در عملکردهای مختلف تولیدمثلی به‎دلیل تنش گرمایی می‎تواند منجر به نرخ کم لقاح در اولین تلقیح و در نتیجه افزایش فاصله زایش و روزهای باز به‎ویژه در طول فصل گرم شود. 

the effect of heat stress on the performance and genetic parameters of milk production, reproduction, and somatic cell scores in iranian holstein cows

extended abstractbackground: improving the ability of animals to deal with adverse environmental conditions is a challenge in the livestock industry. adverse environmental conditions, especially heat stress, are important economic issues in animal husbandry because they negatively affect the production of dairy cows. although animals can adapt to hot climates, their adaptation mechanisms may be detrimental to their productive performance. the genetic potential of an animal can play an important role in controlling reductions in milk production, reproductive performance, and herd udder health in stressful weather conditions. therefore, this study aimed to investigate the effect of heat stress on milk production traits, reproduction, and somatic cell score (scs) and to identify the best temperature-humidity index suitable for studying heat stress in iranian holstein dairy cows. moreover, the superior genetic fathers for heat tolerance were identified and their genetic value in functional traits was investigated under the genetic evaluation for heat stress.methods: the estimated genetic parameters related to heat stress tolerance were milk production traits, udder health (scs), and reproduction (open days and intervals from calving to first insemination). the data included 145,731 test day records of holstein cows from the first lactation in 323 herds of the iranian breeding center between 2008 and 2018. test day records were merged with daily temperature-humidity index (thi) values based on weather records of weather stations. each record included minimum, maximum, and average daily temperature, average daily relative humidity, and average daily rainfall. genetic parameters were estimated using an animal model and random regression under the bayesian method using gibsf90 software. variance components were estimated using multi-trait repeatable test day models with random regression on thi values. the models included herd test day classes and dim as fixed effects, and normal weather, heat tolerance, and permanent environment as random effects.results: the production and performance traits with increased thi (thi>72) showed a phenotypic and genetic decrease while the level of scs increased with increasing thi. the average milk production in the thi index range of < 72 underwent a relatively stable trend with an average of 35.72 kg, but the average milk production decreased to 31.25 kg with the increase of the index from the threshold of 72. thus, it can be claimed that the optimal thi point for milk production was between 72 and 70 thi (9-13 °c). the average open days was 114.47 ± 28.64 days, and the calving interval to the first insemination was estimated at 62.38 ± 16.42 days. the highest and the lowest lengths of open days and the interval from calving to the first insemination were respectively observed during summer (135.41 and 69.71, respectively) and in winter (100.07 and 54.64, respectively). in addition, the milk production and reproduction traits showed the highest genetic slope ratio, which indicates that they are more affected by heat stress at high levels of thi. since this trait is known to reflect the mobilization of body reserves, using its changes in hot conditions can be a very cost-effective biomarker for heat stress in dairy cows that balances consumption and motility in hot conditions and highlights the need to include the additive genetic effect in the heat resistance evaluation model. furthermore, the lactation stage in which cows experience heat stress intensifies the effect of heat stress on milk production. mid-lactation and early-lactation cows are the most and, least affected, respectively, while late-lactation cows are moderately affected. high-producing cows were more affected by heat stress than low-producing ones. on the other hand, a positive genetic correlation was detected for scs between neutral and heat stress, hence continued selection for lower scs will result in a favorable selection response for scs under heat stress.conclusion: heat stress is one of the important factors that negatively affects the milk production, reproduction, and health of holstein cows. the effect of heat stress can be reduced by modifying the environment (feeding and cooling) or by the genetic selection of animals that are less affected by heat stress. the results of this research show that productivity, reproductive performance, and scs are significantly affected by the thi-. since the genetic potential of animals is different under the influence of heat stress and considering the global temperature changes, it is recommended to consider the effect of the animal’s resistance to heat stress as a factor in the evaluation indices of superior bulls and dams to produce and breed resistant animals in herds, especially in tropical areas. the optimal thi for iranian holstein cows was below 72 for productive, reproductive, and health traits. disturbances in various reproductive functions due to heat stress can lead to low conception rates in the first insemination, thereby increasing the calving interval and open days, especially during the warm season.