New phenotypes and models to improve the prediction of the genetic value for feed efficiency in pig breeding programs

Abstract

L’objectiu general de la tesi va ser explorar diferents procediments directes i indirectes d’avaluació genètica de l’eficiència alimentària que permetin reduir les inversions necessàries en sistemes de registre del consum individual amb una mínima pèrdua de l’eficàcia de la selecció. Per tal d’assolir aquest objectiu es van realitzar quatre estudis, per als quals es va utilitzar informació fenotípica d’una línia de selecció de porcs Duroc durant el període d’engreix. Els caràcters analitzats van ser mesures individuals del gruix de greix dorsal, el pes viu a diferents edats i el consum de pinso, registrat mitjançant l’ús de menjadores electròniques. A partir d’aquests caràcters se’n van calcular altres, també individuals, com el guany de pes diari, l’índex de conversió i el consum de pinso residual, així com els caràcters corresponents a la mesura del comportament alimentari (la velocitat d’ingesta, el nombre de visites a la menjadora i l’interval de temps entre aquestes visites, i el temps d’ocupació de la menjadora).

Mitjançant la utilització de models estadístics mixtos, els treballs avaluen la importància dels següents aspectes que podrien afectar les avaluacions genètiques dels candidats a la selecció: i) Quin paper podrien tenir els caràcters de comportament alimentari i quina és la rellevància dels efectes de la interacció social tant per a aquests caràcters com per als caràcters de producció i eficiència alimentària. ii) Quina informació poden aportar els registres de consum de grup a la predicció del consum individual. iii) Quin grau de variació té del determinisme genètic dels caràcters productius i d’eficiència alimentària amb l’edat.

Els resultats van mostrar que les interaccions socials són factors importants de variació dels caràcters de comportament alimentari, productius i d’eficiència. Malgrat això, implementar-les en els esquemes de millora genètica sembla complicada. Mitjançant una simulació es va observar que, utilitzant el model animal amb interaccions socials per generar les dades, la resposta que se n’obté amb diferents índexs de selecció que combinin efectes directes i socials no és clarament superior a la que s’obté utilitzant el model animal tradicional. Això es deu al nombre elevat d’errors d’estimació dels paràmetres genètics que aquest tipus de models conté, que es tradueixen en petites o nul·les millores en la resposta a la selecció.

Pel que fa a l’estudi que es va fer per avaluar la importància de l’aportació de les dades de consum de grup en els programes de millora, els resultats van mostrar que, independentment de la distribució de dades individuals o de grup, la qualitat de predicció era aproximadament la mateixa; per tant, en l’avaluació multivariant, el paper dels registres de consum mitjà del grup per predir el consum individual sembla poc rellevant.

D’altra banda, el grau de variació que mostra el determinisme genètic dels caràcters estudiats amb l’edat és nul. És a dir, dins de l’interval d’edat considerat (110 - 200 dies), les estimacions de l’heretabilitat dels caràcters estudiats van ser constants i les correlacions genètiques dins de caràcters entre els diferents dies van ser properes a u. Per tant, no té sentit plantejar, per exemple, la mesura del gruix de greix a una edat i el creixement o pes viu a una altra.

En general, es pot concloure que l’únic dels factors estudiats que podria tenir una repercussió clara en la millora de l’eficiència alimentària del porcí és el de les interaccions socials entre animals que comparteixen corral. Tanmateix, la seva implementació pràctica sembla complicada, ja que la quantitat de dades d’animals coetanis necessàries per valorar de manera precisa els paràmetres dels models que els inclouen és molt elevada.

El objetivo general de la tesis fue explorar distintos procedimientos directos e indirectos de evaluación genética de la eficiencia alimentaria que permitan reducir las inversiones necesarias en sistemas de registro del consumo individual con una mínima pérdida de la eficacia de la selección. Se realizaron cuatro estudios en los que se utilizó información fenotípica de una línea de selección de cerdos Duroc durante el periodo de engorde. Los caracteres analizados fueron medidas individuales del espesor de grasa dorsal, el peso vivo a distintas edades y el consumo de pienso, registrado mediante el uso de comederos electrónicos. A partir de éstos se calcularon otros, también a nivel individual, como la ganancia de peso diaria, el índice de conversión, el consumo de pienso residual, así como los correspondientes a caracteres de comportamiento alimentario (la velocidad de ingesta, el número e intervalo de tiempo entre visitas al comedero y el tiempo de ocupación de éste).

Mediante la utilización de modelos estadísticos mixtos, los trabajos evalúan la importancia de los siguientes aspectos que pudieran afectar a las evaluaciones genéticas de los candidatos a la selección: i) Qué papel pudieran jugar los caracteres de comportamiento alimentario y qué relevancia tienen los efectos de interacción social tanto para estos caracteres como para los caracteres productivos y de eficiencia alimentaria. ii) Qué información pueden aportar los registros de consumo de grupo en la predicción del consumo individual. iii) Qué grado de variación tiene del determinismo genético de los caracteres productivos y de eficiencia alimentaria con la edad.

Los resultados mostraron que las interacciones sociales son factores importantes de variación de los caracteres de comportamiento alimentario, los productivos y los de eficiencia. A pesar de esto, su consideración en los esquemas de mejora parece complicado. Mediante simulación se observó que, utilizando el modelo animal con interacciones sociales para generar los datos, la respuesta que se obtiene con distintos índices de selección que combinen efectos directos y sociales no es claramente superior a la que se obtiene utilizando el modelo animal tradicional. Esto se debe a los altos errores de estimación de los parámetros genéticos que este tipo de modelos contiene que se traducen en pequeñas o nulas mejoras en la respuesta a la selección.

Con respecto al estudio realizado para evaluar la aportación de los datos del consumo de grupo en los programas de mejora, los resultados mostraron que independientemente de la distribución de datos individuales o de grupo, la calidad de predicción fue aproximadamente la misma y por tanto en la evaluación multivariante el papel de los registros de consumo medio de los corrales parece poco relevante para predecir el consumo individual.

Por otra parte, el grado de variación que muestra el determinismo genético de los caracteres estudiados con la edad es nulo. Es decir, dentro del intervalo de edad considerado (110 - 200 días) las estimas de heredabilidad de los caracteres estudiados fueron constantes, y las correlaciones genéticas dentro de caracteres entre los distintos días fueron cercanas a uno. Por lo tanto, no tiene sentido plantear, por ejemplo, la medición del espesor de tocino a una edad y el crecimiento o peso vivo a otra.

En general, se puede concluir que el único de los factores estudiados que pudiera tener una repercusión clara en la mejora de la eficiencia alimentaria del porcino es el de las interacciones sociales entre animales que comparten corral. No obstante, su implementación práctica parece complicada, ya que la cantidad de datos coetáneos necesarios para estimar de forma precisa los parámetros de los modelos que los incluyen es muy elevada.

The general objective of the thesis was to explore different direct and indirect genetic evaluation procedures for feed efficiency that allow reducing the necessary investments in systems for recording individual consumption with a minimum loss of the effectiveness of selection. Four studies were conducted using phenotypic information from a selection line of Duroc pigs during the fattening period. The analyzed traits were individual measurements of backfat thickness, live weight at different ages and feed intake, recorded by using electronic feeders. From these, others were calculated, also at the individual level, such as daily weight gain, the feed conversion ratio, the residual feed intake, as well as those corresponding to feeding behavior traits (the feeding rate, the number and interval time between visits to the trough and the occupation time from this).

Through the use of mixed statistical models, the studies evaluate the importance of the following aspects that could affect the genetic evaluations of the candidates for selection: i) What role could the feeding behavior traits play and what relevance do the interaction effects have both for these traits and for the productive and feed efficiency traits. ii) What information can group feed intake records provide in predicting individual feed intake. iii) What degree of variation has the genetic determinism of productive and feed efficiency traits with age.

The results showed that social interactions are important factors of variation of the feeding behavior traits, the productive ones, and the efficiency ones. Despite this, its consideration in the breeding programs seems complicated. Through simulation, it was observed that, using the animal model with social interactions to generate the data, the response obtained with different selection indexes that combine direct and social effects is not clearly superior to that obtained using the traditional animal model. This is due to the high estimation errors of the genetic parameters that this type of model contains, which translate into little or no improvement in the response to selection.

Regarding the study carried out to evaluate the contribution of group feed intake data to breeding programs, the results showed that regardless of the distribution of individual or group data, the prediction quality was approximately the same and therefore in the multivariate evaluation the role of the average feed intake records of the pens seems of little relevance to predict individual feed intake.

On the other hand, the degree of variation shown by the genetic determinism of the studied traits with age is zero. That is, within the considered age interval (110-200 days) the heritability estimates of the studied traits were constant, and the genetic correlations within traits between the different days were close to one. Therefore, it does not make sense to consider, for example, the measurement of bacon thickness at one age and growth or live weight at another.

In general, it can be concluded that the only one of the studied factors that could have a clear impact on improving pig feed efficiency is the social interactions between animals that share a pen. However, its practical implementation seems complicated, since the amount of contemporary data required to accurately estimate the parameters of the models that include them is quite high.