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Genetic Gain Before and After Genomics
May 2, 2017

You’ve likely heard the statement: “Genomics has doubled the rate of genetic progress”. In this article, we find out if this claim is true by looking at genetic gain for indexes and individual traits before and after the implementation of genomic evaluations.

Female Genetic Trend for LPI and Pro$

Figure 1 shows the genetic trend for LPI and Pro$ for Canadian Holstein females based on year of birth. The trends for LPI and Pro$ are essentially identical but since the scales for the two indexes are different they are plotted on different lines.

Prior to genomics, which began in 2009 for Holsteins, the average LPI for females born during the 5-year period from 2004 to 2009 was increasing by 50 LPI points per year. Since the introduction of genomics (vertical line in Figure 1), this rate of genetic progress has increased substantially. For females born in the past five years, from 2011 to 2016, the average LPI has increased gains of 107 points per year – over twice the amount of annual gain prior to genomics.

During the same time periods, the annual genetic trend for Pro$ increased from $79 before genomics to $176 per year during the past five years. This has happened without selection for Pro$ as the index was only introduced in August 2015. However, since Pro$ is made up of many of the same traits as LPI and the two indexes are correlated by 96%, selection for LPI was leading to an associated progress for Pro$ before this national index existed.

Genetic Gain for Individual Traits

Like for overall indexes, genetic gain for individual traits can be assessed before and after genomics. Figure 2 shows the relative genetic gain by trait realized during the five years before genomics and during the most recent five years with genomics. Genetic gain is expressed in standardized units so that gain can be comparable across traits with different units of expression.

When comparing the gains achieved during the two 5-year periods, we can see that:

  • Gains achieved with genomics have been positive for all traits, including lower heritability functional traits. Prior to genomics, gains for most functional traits were slow and even negative for some traits, such as Daughter Fertility. The impressive gain for these low heritability traits is a direct result of the increase in the accuracy of genetic evaluations due to genomics. Overall, the largest gains relative to the five years before genomics are seen for functional traits.
  • Gains achieved with genomics were doubled for Fat and Protein Yields while also making considerably higher genetic gains for deviations.
  • Gains achieved with genomics were the highest for overall type traits, especially Conformation and Mammary System, but these traits were also achieving the highest rates of genetic progress prior to genomics. These past and continued gains are partially due to the high selection intensity for these traits.
  • Gains achieved with genomics were doubled for Feet and Legs, which is the least heritable among the five overall type traits. Since genomics significantly increases the accuracy of published evaluations, the genetic gain realized for this trait has been large.

Another way to compare the genetic gain achieved pre- and post-genomics is presented in Table 1. Here, gains are expressed in the same units as proofs for each given trait. For example, yields are expressed as EBV based on kilograms while most functional traits are expressed as Relative Breeding Value (RBV) points.

In Figure 2 we saw that with genomics, there has been twice the amount of genetic gain realized for Protein yield in terms of standard units.  Referring to Table 1, we can see that the combined gain for Protein yield during the five years prior to genomics was 11.8 kg, or around 2.4 kg per year. In the past five years with genomics, the combined gain was 24 kg, or 4.8 kg per year. This means that females born in the last 5 years in a herd with average management are expected to have 305 day lactation yields that increase roughly 5 kg per year, on average. In this case, double the genetic gain translates into double the performance increase for protein yield.

Likewise, when looking at the functional traits, the combined gain for Herd Life during the five years prior to genomics was 1.12 RBV points, or 0.22 RBV per year. Over the past five years, however, with genomics, the combined genetic gain for this trait was tripled to 3.36, or two-thirds of an RBV point of gain per year. Significant gains with genomics have also been observed for other functional traits, meaning that Holsteins today can be expected to last longer in the herd due to improved calving and reproductive performance along with higher resistance to disease.

Genetic gains have increased substantially across the board since the implementation of genomics in Canada. While all traits have benefitted from the increased accuracy the technology provides, this is particularly true for lower heritability functional traits. The increased gain for individual traits translates into a rate of progress that has doubled for both of Canada’s national genetic indexes.

Authors:
Lynsay Beavers, Industry Liaison Coordinator, CDN
Brian Van Doormaal, General Manager, CDN

Gain génétique avant et après la génomique

Vous avez probablement entendu l’affirmation selon laquelle « la génomique a doublé le taux de progrès génétique ». Dans le présent article, nous vérifions si cette allégation est vraie en observant le gain génétique des indices nationaux et des caractères individuels, avant et après la mise en œuvre des évaluations génomiques.

Tendance génétique des femelles pour l’IPV et Pro$

La Figure 1 indique la tendance génétique de l’IPV et de Pro$ chez les femelles Holstein canadiennes d’après leur année de naissance. Les tendances de l’IPV et de Pro$ sont essentiellement identiques, mais puisque les échelles des deux indices sont différentes, elles sont tracées selon des lignes différentes.

Avant la génomique, dont les débuts remontent à 2009 chez les Holstein, l’IPV moyen des femelles nées pendant la période de cinq ans allant de 2004 à 2009 augmentait de 50 points par année. Depuis l’introduction de la génomique (ligne verticale dans la Figure 1), ce taux de progrès génétique a considérablement augmenté. Chez les femelles nées au cours des cinq dernières années, de 2011 à 2016, l’IPV moyen a augmenté de 107 points par année – soit plus de deux fois le gain annuel réalisé avant l’arrivée de la génomique.

Pendant les mêmes périodes de temps, la tendance génétique annuelle de Pro$ a augmenté de 79 $ avant la génomique à 176 $ par année au cours des cinq dernières années. Cela s’est produit sans sélection directement en fonction de Pro$ puisque l’indice n’a été introduit qu’en août 2015. Toutefois, puisque Pro$ est composé de plusieurs des mêmes caractères que l’IPV et que la corrélation entre les deux indices est de 96 %, la sélection en fonction de l’IPV menait à un progrès connexe pour Pro$ avant même l’existence de cet indice national.

Gain génétique des caractères individuels

Comme pour les indices nationaux, le gain génétique des caractères individuels peut être évalué avant et après l’arrivée de la génomique. La Figure 2 illustre le gain génétique relatif par caractère réalisé pendant les cinq années précédant la génomique et pendant les cinq années les plus récentes depuis l’arrivée de la génomique. Le gain génétique est exprimé en unités standard de façon à ce que le gain puisse être comparable d’un caractère à l’autre avec des unités d’expression différentes.

Lorsqu’on compare les gains réalisés au cours des deux périodes de cinq ans, nous pouvons observer que :

  • Les gains réalisés avec la génomique ont été positifs pour tous les caractères, incluant les caractères fonctionnels à plus faible héritabilité. Avant la génomique, les gains de la plupart des caractères fonctionnels étaient lents et même négatifs pour certains, dont la Fertilité des filles. Le gain impressionnant de ces caractères à faible héritabilité est un résultat direct de la hausse de la précision des évaluations génétiques due à la génomique. Dans l’ensemble, les gains les plus importants pendant la période de cinq ans avant la génomique sont observés pour les caractères fonctionnels.
  • Les gains réalisés pour les rendements en gras et en protéine ont doublé avec la génomique alors que les gains des différentielles ont aussi été considérablement plus élevés.
  • Les gains les plus élevés ont été réalisés pour les caractères de conformation, particulièrement la conformation et le système mammaire, mais ces caractères atteignaient aussi les taux les plus élevés de progrès génétique avant l’arrivée de la génomique. Ces gains passés et continus sont partiellement dus à l’intensité de sélection élevée pour ces caractères.
  • Avec la génomique, les gains réalisés pour les pieds et membres ont doublé, ce caractère étant le moins héritable parmi les cinq principaux caractères de conformation. Puisque la génomique augmente considérablement la précision des évaluations publiées, le gain génétique atteint pour ce caractère a été important.

Une autre façon de comparer le gain génétique réalisé avant et après la génomique est présentée au Tableau 1. Ici, les gains sont exprimés selon les mêmes unités utilisées pour les épreuves de chaque caractère donné. Par exemple, les rendements sont exprimés en tant que VÉE basée sur des kilogrammes alors que la plupart des caractères fonctionnels sont exprimés selon des points de Valeur d’élevage relative (VÉR).

Dans la Figure 2, nous observons qu’avec la génomique, le gain génétique réalisé pour le rendement en protéine exprimé en unités standard a doublé. En nous référant au Tableau 1, nous pouvons voir que le gain combiné pour le rendement en protéine pendant les cinq ans précédant la génomique était de 11,8 kg ou d’environ 2,4 kg par année. Au cours des cinq dernières années, le gain combiné a été de 24 kg ou de 4,7 kg par année avec la génomique. Cela signifie que les femelles nées au cours des cinq dernières années dans un troupeau doté d’une gestion moyenne devraient afficher des rendements en lait de 305 jours qui augmentent d’environ 5 kg par année, en moyenne. Dans ce cas, le double du gain génétique entraîne le double de l’augmentation de la performance en matière de rendement en protéine.

De même, lorsqu’on regarde les caractères fonctionnels, on remarque que le gain combiné pour la Durée de vie durant les cinq années précédant la génomique s’élevait à 1,12 point VÉR ou à 0,22 point en VÉR par année. Toutefois, au cours des cinq dernières années, le gain génétique combiné pour ce caractère a triplé pour atteindre 3,36 ou un gain de deux tiers d’un point en VÉR par année. Des gains importants ont aussi été observés pour d’autres caractères fonctionnels, ce qui signifie que les Holstein d’aujourd’hui devraient durer plus longtemps dans le troupeau grâce à un rendement amélioré pour le vêlage et la reproduction ainsi qu’à une plus grande résistance aux maladies.

Les gains génétiques ont considérablement augmenté dans l’ensemble depuis la mise en œuvre de la génomique au Canada. Alors que tous les caractères ont bénéficié de la précision accrue que cette technologie apporte, cela est particulièrement vrai pour les caractères fonctionnels à plus faible héritabilité. Le gain accru des caractères individuels entraîne un taux de progrès qui a plus que doublé pour les deux indices génétiques nationaux au Canada.

Auteurs :
Lynsay Beavers, coordonnatrice de la liaison avec l’industrie, CDN
Brian Van Doormaal, directeur général, CDN

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