Genetic and phenotypic aspects of production, conformation and somatic cell count traits in Italian Jersey cattle

Breeders appreciated Italian Jersey dairy cattle (IJ) for the efficiency and high quality of milk yield in the national dairy scenario. The overall object of this PhD thesis is to investigate the phenotypic and genetic aspects of milk production, conformation and somatic cell score traits of IJ in order to lay the groundwork for an updating of selection index in IJ population (Jersey Quality Index). The first chapter aimed to highlight the phenotypic peculiarities of IJ milk and confirmed that high content of fat (5.18%), protein (4.08%) and casein (3.16%) made IJ milk suitable for cheese manufacture. Moreover, somatic cell score (SCS), one of the best indicator of both clinical and subclinical mastitis, was investigated in IJ. The SCS average of 3.35 units should be lowered through specific managerial actions in order to reduce the IJ susceptibility to one of the most prominent and economically significant disease impacting on the dairy industry. Also milk urea nitrogen (MUN) content was assessed in order to verify if could be a valid indicator of feed efficiency; this was confirmed by the phenotypic variance of this trait, mainly due to the herd management. In the second chapter, heritability estimates of 0.14, 0.21, 0.26, 0.24, 0.20 and 0.10 for milk yield, content of fat, protein, casein, lactose and SCS, respectively, were assessed in 1902 Italian Jersey. Genetic correlations investigated between SCS and milk yield components were negative (ranging from -0.13 to -0.27), the most unfavourable was with lactose percentage (-0.30). The third chapter updated estimates of genetic parameters of 20 type traits in first-lactation IJ, including novel traits of functional and economic relevance, as locomotion score. Despite IJ type traits heritabilities estimated were generally low or moderate (from 0.04 to 0.32), additive genetic variation suggested the possibility to further enhanced functionality in IJ. The strongest correlations were estimated between locomotion and other feet and legs traits, but also between locomotion and front teat placement (0.97) and rear teat placement (0.88), suggesting that improved udder conformation was also associated with better mobility. Four alternative somatic cell count (SCC) traits, derived from routine test-day (TD) recording system, were defined in the fourth chapter as: 1) TD SCS averaged over early lactation (SCS_150); 2) standard deviation of SCS of the entire lactation (SCS_SD); 3) a binary trait indicating absence (0) or presence (1) of at least one TD SCC >400 000 cells/mL in the lactation (Infection); and 4) the ratio of the number of TD SCC >400 000 cells/mL to total number of TD in the lactation (Severity). Genetic and phenotypic parameters between alternative SCS traits and milk yield, composition and udder type traits in IJ were estimated. Results showed exploitable genetic variation and heritability, suggesting that alternative SCS traits might be suitable candidates to update Jersey Quality Index and improve mastitis resistance in IJ. Finally, to ensure maximal benefit for IJ farmers, not only genetic parameters, but also economic values (EV) of milk production and quality traits are required. Economic values of SCS based on its relationship to price payment system in IJ were assessed in the final chapter, comparing two different methods in two different Italian dairy plants which produced Grana Padano cheese. The second method (method 2), that defined SCS costs as the sum of frequency of each level of SCS multiplied by its penalty, was more penalizing than method 1, which was based on a non-linear function of the penalty applied in the milk price respect to the average of SCS. Penalties for high SCS are intended to include SCS in IJ breeding goal with the final purpose of reducing mastitis susceptibility in the next generations of IJ cows.

La razza Jersey Italiana (IJ) è apprezzata per la sua efficienza e l’alta qualità del suo latte all’interno del contesto lattiero-caseario nazionale. L'obiettivo generale della presente tesi è la caratterizzazione fenotipica e genetica della produzione di latte, della morfologia e della conta di cellule somatiche della JI al fine di fornire alcuni strumenti utili per migliorare l’attuale indice di selezione della popolazione (Indice Qualità Jersey, IQJ). Nel primo capitolo si confermano le peculiarità fenotipiche del latte di JI, ovvero un alto contenuto di grasso (5.18%), proteina (4.08%) e caseina (3.16%), che lo rendono adatto alla trasformazione casearia. Il valore medio di punteggio di cellule somatiche (SCS) è risultato piuttosto alto (3.35), il che suggerisce l’importanza di indirizzare gli sforzi verso una riduzione di questo valore attraverso il miglioramento del management aziendale e la selezione, diminuendo indirettamente la suscettibilità della JI alla mastite. In questo studio è stato investigato anche il contenuto di urea del latte di JI quale indicatore di efficienza alimentare. Nel secondo capitolo sono state stimate ereditabilità pari a 0.14, 0.21, 0.26, 0.24, 0.20 e 0.10 rispettivamente per la produzione di latte, il contenuto di grasso, proteina, caseina, lattosio e SCS nel latte di bovine IJ. Le correlazioni genetiche tra SCS e i costituenti del latte sono risultate negative, e la più forte è stata stimata tra SCS e la percentuale di lattosio (-0.30). Il terzo capitolo ha stimato i parametri genetici di 20 caratteri morfologici in primipare di JI, includendo nuovi caratteri di rilievo funzionale ed economico, come la locomozione. Anche se le ereditabilità stimate per i caratteri morfologici sono risultate generalmente basse o moderate (da 0.04 a 0.32), la variabilità genetico-additiva ha suggerito la possibilità di intervenire con la selezione per migliorare geneticamente alcuni aspetti funzionali della razza. Le correlazioni più forti sono state stimate tra il punteggio di locomozione e i caratteri legati ad arti e piedi, ma anche tra punteggio di locomozione e la posizione dei capezzoli anteriori (0.97) e posteriori (0.88), suggerendo che un miglioramento della conformazione della mammella è associato a un potenziale perfezionamento della locomozione. Nel quarto capitolo sono stati definiti quattro caratteri alternativi derivati dalla conta di cellule somatiche (SCC) nel latte di JI rilevata nel corso dei controlli funzionali routinari (test-day, TD): 1) la media di TD SCS nei primi 150 giorni di lattazione; 2) la deviazione standard delle SCS nell’intera lattazione; 3) un carattere binario che indica l’assenza (0) o la presenza (1) di almeno un valore di TD SCC >400.000 cellule/mL nell’intera lattazione (Infezione); e 4) il rapporto tra il numero di TD SCC >400.000 cellule/mL e il numero totale di TD nell’intera lattazione (Severità). Sono stai stimati i parametri genetici di questi 4 caratteri alternativi delle SCC e le correlazioni genetiche gli aspetti produttivi e la morfologia della mammella. I risultati hanno mostrato la presenza di varianze genetiche ed ereditabilità dei caratteri alternativi delle SCC potenzialmente sfruttabili per migliorare la resistenza alla mastite. Infine, nel quinto capitolo sono stati stimati i valori economici (VE) delle SCS con due metodi differenti e in base al sistema pagamento latte-qualità di due caseifici italiani che producono Grana Padano. Tra i due metodi, quello basato sulla somma delle frequenze di ogni livello di SCS moltiplicato per la rispettiva penalità si è rivelato più penalizzante. Il sistema pagamento latte–qualità del caseificio 1 è risultato più rigido rispetto al caseificio 2. L’aumento delle penalità per livelli alti di SCS nel latte incentiva maggiormente ad includere SCS nell’indice di selezione della JI.