Untersuchungen zur Heritabilität der Parameter des intravenösen Glucosetoleranztests bei Jungbullen

Abstract

Zielstellung der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des intravenösen Glucosetoleranztests bei Jungbullen als zusätzliches Selektionskriterium in der Zuchtwertschätzung. Es wurde die Reaktion auf einen Glucosestimulus an 541 Bullen der Rasse Deutsche Holstein im Alter von 200 bis 520 Tagen mittels intravenösem Glucosetoleranztest untersucht. Auf Basis der gemessenen Serumglucosespiegel wurden individuelle Glucoseverlaufskurven erstellt. Die Parameter Glucosebasalwert, Glucosemaximum, maximaler Glucoseanstieg, Glucoseflächenäquivalent und Glucosehalbwertszeit erfüllten nach logarithmischer Transformation die Kriterien der Normalverteilung. Zunächst wurden mithilfe des Programms VCE (Groeneveld et al. 2010) die fixen Effekte für jeden Parameter bestimmt. Anschließend wurden mit dem Programm PEST (Groeneveld und Kovac 1990) die Heritabilitätskoeffizienten der Glucosetoleranztest-Parameter, korrigiert um den Herden-Jahres-Saison-Effekt, berechnet. Zudem wurden Korrelationen zwischen den Nachkommenszuchtwerten und den korrigierten Glucosetoleranztest-Parametern berechnet. Die Insulinsensitivität und die Glucoseaufnahmekapazität sowie der basale Glucosespiegel werden in ihrer phänotypischen Merkmalsausprägung durch Umweltfaktoren wie die Haltung und die Rationsgestaltung beeinflusst. Zur Vergleichbarkeit des intravenösen Glucosetoleranztests sind die Festlegung und Einhaltung standardisierter Aufzuchtbedingungen mit standardisierten Rationen nötig. Die Beziehung zwischen den intravenösen Glucosetoleranztest-Parametern und den Nachkommenszuchtwerten für funktionelle Nutzungsdauer und Reproduktion wird durch die starken Umwelteffekte auf beiden Seiten des Algorithmus beeinflusst. Es werden keine signifikanten Beziehungen zwischen den Nachkommenszuchtwerten und den Glucosetoleranztestergebnissen festgestellt. Daher kann anhand der Nachkommenszuchtwerte keine Auskunft über den Anteil der genetisch determinierten Stoffwechselkapazität an Gesundheit und Fruchtbarkeit der Nachkommen erfolgen. Die getesteten Tiere wurden anhand ihrer Glucosehalbwertszeiten in Bullen mit hoher, niedrige r und mittlerer Glucosehalbwertszeit eingeteilt. Die Nachkommenszuchtwerte wurden anschließend zwischen den Glucosehalbwertszeitgruppen verglichen. Auch hier wurden keine signifikanten Beziehungen beobachtet. Die geringsten Heritabilitäten werden für die Parameter Glucosebasalwert (h² = 0,19), Glucosemaximalwert (h² = 0,14) und maximaler Glucoseanstieg über den Glucosebasalwert (h² = 0,12) berechnet. Daher sind diese Parameter als zusätzliche Zuchtwertinformationen ungeeignet. Die Heritabilität der Parameter Glucoseflächenäquivalent (h² = 0,43) und Glucosehalbwertszeit (h² = 0,4) ist deutlich höher. Die ermittelten Heritabilitäten weisen auf einen mittleren genetischen Einfluss auf die Parameter des intravenösen Glucosetoleranztests hin. Die Glucosehalbwertszeit ist der aussagekräftigste Glucosetoleranztest-Parameter über das individuelle Glucosehomöostasevermögen. Im Gegensatz zum etwas höher heritablen Glucoseflächenäquivalent unterliegt die Glucosehalbwertszeit nur geringen methodischen und rechnerischen Einflüssen. Somit ist die Glucosehalbwertszeit zur Charakterisierung der genetisch determinierten Reaktion auf einen Glucosestimulus im Glucosetoleranztest am besten geeignet. Es konnte somit gezeigt werden, dass der Glucosetoleranztest bei Jungbullen als zusätzliches Selektionskriterium aufgrund der genetischen Determination in der Zuchtwertschätzung geeignet ist. Zur Klärung der Frage nach dem Zusammenhang zwischen Glucosetoleranz und Tiergesundheit bedarf es weiterer Untersuchungen. Durch die Erhebung klinischer Befunde nach einem festgelegten Schlüssel an einer großen Töchterzahl könnte eine Aussage über die Beziehung der Glucoseabbaugeschwindigkeit der Vatertiere zu bei den Nachkommen auftretenden metabolischen Störungen sowie der Reproduktions- und Milchleistung der Töchter gemacht werden.

Objective of the study was the investigation of the intravenous glucose tolerance test in young dairy bulls as an additional selection criterion in breeding value estimation. Response on glucose challenge in 541 bulls of the breed Deutsche Holstein within a defined period of 200 to 520 days of age on the basis of the intravenous glucose tolerance test is targeted on within this study. The time response course after glucose challenge was the basis for the creation of individual glucose curves. All parameters glucose basal value; maximum glucose levels, maximum glucose increase; glucose area under the curve and glucose half-life fulfilled the criteria of normal distribution after logarithmic transformation. The fixed effects of each parameter were determined with the software program VCE (Groeneveld et al. 2010). Subsequently the heritability coefficients of glucose tolerance test parameters were calculated with the program PEST (Groeneveld und Kovac 1990), adjusted by the effects of herd, year and season. Additionally the correlations between the progeny breeding values and the adjusted glucose tolerance test parameters were calculated. Insulin sensitivity and glucose absorption capacity, as well as basal glucose levels, are, in terms of phenotypic peculiarities with regard to intravenous glucose tolerance test parameters, influenced by feed rations. In order to make intravenous glucose tolerance test comparisons it is necessary to determine and maintain standardized breeding conditions with standardized rations. The relationship between intravenous glucose tolerance test parameters and the offspring breeding values for functional useful life, reproduction and calving ease, is subjected to a high influence of environmental effects on both sides of the algorithm. There are no significant correlations between the progeny breeding values and the results of glucose tolerance tests. Thus it is not possible to establish a statement on the proportion of the genetically determined metabolic capacity in the health and reproductiveness of progeny on the basis of progeny breeding values. The tested animals were divided in groups of bulls with high, low and medium mean glucose half-life. The progeny breeding values were compared between those groups. Here as well were no significant relations observed. The least heritabilities were calculated for the parameters glucose basal value (h² = 0,19), maximum glucose level (h² = 0,14) and maximum glucose increase (h² = 0,12). Thus those parameters are not qualified as a additional breeding value information. The heritability of the parameters glucose are under the curve (h² = 0,43) and glucose half-life (h² = 0,4) is significantly higher. The determined heritabilities indicate a medium genetic influence on the parameters of the intravenous glucose tolerance tests. The glucose half- life is the most meaningful glucose tolerance test parameter about the individual glucose homeostasis capacity. In contrast to the slightly higher heritable glucose area under the curve there are only minor methodical and mathematical influences on the glucose half-life. Therefore the glucose half- life is the best suited parameter for the characterization of the genetically determined reaction on a glucose stimulus in the glucose tolerance test. So it could be shown that the glucose tolerance test in young bulls is suited as an additional selection criterion in breeding value estimation because of its genetically determination. To clarify the question about a relation between glucose tolerance and animal welfare further investigations are necessary. By the collection of clinical data in a large daughter count according to a rule a statement could be made on the relation of the glucose elimination rate of the sires to metabolic disruptions of the progeny as well as reproductive and milk performance of the daughters.