Precision livestock breeding – improving both health and production in dairy cattle

Last changed: 10 January 2020
Cows in barn

Agricultural systems need to improve in order to meet future challenges of an increasing human population and at the same time ensure good animal welfare and a minimal ecological footprint. This project focuses on how to improve animal welfare and health in dairy cattle production using sensor technology, with the potential to minimize antibiotic use by improving tools for disease control and management.

A primary component of the project is to use a real time location system to study the indoor movement and social interactions of dairy cattle. We will investigate the possibility to select for increased milk yield considering effects of social interaction with the purpose to improve the social environment of the cows.

We will use theory developed for indirect genetic effects (IGE). To model IGE, it will be essential to first understand the social interactions, as an IGE is a genetic effect of an individual on the trait value of the other individuals in the same group.

The location and movement of the cows will also be used to investigate disease transmission. An existing simulation model of spread and control of mastitis causing pathogens will be further developed using cow location data and pathogen data.

We will develop decision-support tools for farmers to minimize transmission of mastitis within their dairy farms in close collaboration with Växa Sverige.

Project goals:

  • To develop tools for summarizing animal movement and social interactions in dairy farms.
  • To develop methodology for breeding on indirect genetic effects (IGE).
  • To develop decision-support tools for minimizing disease transmission within dairy farms based on knowledge gained from animal movement and social interactions.

This is a collaborative research programme between the Swedish University of Agricultural Sciences (SLU), University of Copenhagen (KU), Dalarna University (DU), Wageningen University and Research (WUR), RISE Research Institutes of Sweden and Växa Sverige.

Project blog

2020-09-08

Workshop on cow social interactions and disease transmission

On 7th - 8th September we gathered all participants in the projects and some invited guests in a workshop on cow social interactions and disease transmission at SLU in Uppsala. We updated each other on background and status of the different parts of the projects and planned the upcoming work. Most team members could be present in Uppsala, some joined via zoom. 

Thanks to all particpants for a fun and rewarding workshop!

workshop200908zoom.jpeg

Standing from left to right: Anna Silvera, Anna Skarin, Maya Gussmann, Keni ren, Svenja Woudstra, Freddy Fikse, Ida Hansson, Lars Rönnegård, Tariq Halasa , Volker Krömker

On screen: Nina Melzer, Zhuoshi Wang, Isabelle Veissier, Per Peetz Nielsen, Piter Bijma, Mikhail Churakov

csidt_200908.jpeg

From left to right: Freddy Fikse, Lars Rönnegård, Keni Ren, Svenja Woudstra, Anna Skarin, Maya Gussmann, Volker Krömker, Anna Silvera, Tariq Halasa, Ida Hansson

2020-06-15

Two new PhD students 

We have recruited two new PhD students - welcome to the team! 

Svenja Woudstra, PhD student in the research group of Prof Volker Krömker at the University of Copenhagen

Title of project: Infection dynamics in bovine mastitis

What is the aim of your project?

"The aim of my PhD project is to generate further knowledge on the transmission of mastitis causing pathogens within dairy farms. Traditionally these are categorized in two groups, environmental and contagious. During the past two decades, this categorization has been challenged as evidence of environmental pathogens spreading as contagious pathogens and vice versa has emerged. Additionally, no study has quantified the different transmission routes in order to unravel how many new infections actually originate from the environment and how many from the milking parlor. Therefore, we will take samples at one farm every two weeks for half a year and follow the dynamics of the infections. The outcome of this project shall provide further information for farmers and veterinarians on transmission routes and help to evaluate the importance of measures to prevent the spread of mastitis causing organisms. "

What sparked your interest in this project?

"I have a background as a veterinarian and have worked for some years in the Institute of Food Quality and Food Safety in Hannover, Germany. I have focused on the potential role of Clostridia in chronic diseases of cows and even did a doctorate within that field. Since I mostly worked in the laboratory, I then wanted to go on to more field work and started to work at the Clinic for Cattle in Hannover within a German national prevalence study on dairy cow health.

I got interested in this PhD project for two reasons. I really wanted to continue to work with dairy cows and learn more about mastitis. My supervisor Volker Krömker is an excellent researcher within the field of bovine mastitis and everything fell into place very nicely."

Ida Hansson – PhD student in the research group of Prof Lars Rönnegård, Department of Animal Breeding and Genetics, SLU

What is the aim of your project?

"The aim of my PhD project is to study indirect genetic effects of social interactions of cows. To start with I will analyse data from two farms, where the positioning of every individual cow is recorded every second. I am going to look for evidence for any specific behavior, including both positive and negative relationships. I will combine the results with genetic data, and later on also add observations studies. The overall goal is to include indirect genetic effects in breeding. This has not been done to a large extent in cows before."

What is your background and how did you get interested in this PhD project?

"I have a Bachelor degree in Animal Sciences from SLU and did thereafter a Masters in Quantitative Genetics and Genome Analysis at the University of Edinburgh in Scotland. For the last few years I have worked as a breeding advisor for dairy farmers in Uppland at Växa Sverige. I have helped the farmers with breeding strategies and breeding plans to match cow and sire.

I have always had the idea of doing a PhD in the back of the head but wanted to wait for the right opportunity. I also wanted to gain some practical experience first, which I did through my work at Växa Sverige and previous positions. When I saw the advertisement for a PhD position in Lars Rönnegårds group and this project I knew it was time."

2020-01-08

Start of the project

On the 8th of January 2020, a first meeting with all participants was held at SLU in Uppsala. The coming months we will focus on employing three postdocs and two doctoral students at SLU and University of Copenhagen.

From left to right: Moudud Alam, Anna Skarin, Freddy Fikse, Per Peetz Nielsen, Lars Rönnegård, Tariq Halasa, Volker Kromker, Natalie von der Lehr

Popular Science

Den digitala ladugården

I det senaste nyhetsbrevet från SLU infrastrukturen Gigacow uppmärksammas projektet som ett exempel hur man kan utnyttja befintlig teknik för ny forskning, i det här fallet för att studera hur kor rör sig i ladugården och interagerar med varandra genom att använda sensorer som samlar in positionerna på korna varje sekund. 

Läs mer i Gigacows nyhetsbrev (sida 4-5)

Bättre social miljö för mjölkkor kan öka djurens välfärd och produktion

Tänk dig att du är en ko i en ladugård. Du finns där, 24 timmar per dygn, 7 dagar i veckan, tätt tillsammans med några hundra andra individer. Vad är det egentligen som får dig att må bra och trivas? Kanske är det friskt och gott vatten och att ha tillräckligt med mat. Torra fötter, med mycket strö på golvet är inte så dumt. Eller är det precis som för oss människor viktigt att känna trygghet och tillit, att inte vara rädd och att inte vara stressad.

Det är lätt att börja tänka på rent fysiska faktorer när det kommer till djurhållning, men det sociala samspelet är av lika stor betydelse. Hur individerna i en ladugård samverkar med varandra spelar roll. Vi vet att stressade kor mjölkar sämre, men vi vet väldigt lite om hur djurens sociala liv ser ut. Vi måste därför öka vår kunskap om de sociala samspelen i en ladugård. Den digitala utvecklingen ger oss helt nya möjligheter att studera de sociala samspelen.

Vi lever inte bara i en ladugård, by eller en stad, vi lever på ett jordklot. Vi är många på klotet, vi blir allt fler, och vår medelinkomst ökar. Det leder till ökad efterfrågan på kött, mjölk och andra djurprodukter. Hur framtidens jordbruk på ett hållbart och rättvist sätt ska kunna öka sin produktion är en av de största utmaningar mänskligheten står inför. En djurhållning som ökar sin produktivitet på bekostnad av djurens hälsa och välfärd kommer även att påverka miljön negativt.

Vi vet redan idag att dåligt reglerad djurhållning kräver mer användning av antibiotika, vilket globalt sett är ett enormt problem. Det ger resistensutveckling hos bakterierna, och i förlängningen sämre möjligheter till behandling av både människor och djur. För att kunna möta den ökande efterfrågan på animalieprodukter behöver vi öka produktionen samtidigt som miljöpåverkan måste minimeras.

Det är här djurhälsa och socialt samspel i lagårdsmiljö blir viktigt. Målet med vårt forskningsprojekt är att i framtiden kunna bedriva avel på mjölkavkastning, där sociala interaktioner mellan kor byggs in i avelsmodellen, för att på så sätt kunna öka produktion och samtidigt öka djurvälfärden. Dessutom kommer vi att studera hur sociala interaktioner påverkar sjukdomsspridning för att på så sätt ge praktiska råd till mjölkbönderna.

Hur kan vi ta reda på mer om det sociala samspelet? Det är ett snabbt växande forskningsfält där det finns ny avancerad teknik att tillgå för att samla in information djurens beteende. Man kan idag följa hur korna rör sig i ladugården och hur de mjölkar med hjälp av data från olika sensorer och mjölkningsrobotar. Det finns redan mycket data som samlas in med den nya tekniken och vi vill använda dessa data för att ta reda på om en ko beter sig vänligt eller aggressivt. I samarbete med storskaliga projekt för datainsamling kommer vi inom en snar framtid ha tillgång till ännu mer data och en del av projektet är att precisera vilken typ av data vi behöver för att kunna dra slutsatser om hur miljön och det sociala samspelet påverkar produktionen.

Det sociala samspelet påverkar även avelsmöjligheterna. Ett djurs egenskaper hänger samman med dess gener. När djurets egenskaper påverkar omgivande djurs produktivitet kallas det "indirekt genetisk effekt" (IGE). Hur stor effekten blir hänger ihop med hur mycket individerna påverkar varandra, därför är det viktigt att kvantifiera och förstå det sociala samspelet mellan korna. Tidigare har man kunnat studera IGE vid djurhållning i liten skala av andra djurslag och framgångsrikt kunnat bedriva avel på dessa, men det är först nu som vi har teknik som möjliggör att kunna göra det i så stor skala som ladugårdsmiljön kräver. Att få med kornas sociala interaktioner i avelsprogram är alltså betydelsefullt, både för produktiviteten och för djurvälfärden.

Målet är att den enskilda bonden ska kunna märka av en ökad mjölkproduktion genom att korna har det bättre.

Vi kommer att angripa frågeställningarna i detta tvärvetenskapliga forskningsprojekt med forskare inom flera olika områden: statistik, husdjursgenetik, beteendevetenskap, och epidemiologi. För att besvara de frågor vi har behöver vi jobba brett och vi hoppas kunna hitta helt nya lösningar genom att samarbeta. En viktig del i projektet är att utveckla beslutstödverktyg för mjölkbönderna för att hantera sjukdomsspridning och på så sätt minimera användandet av antibiotika. Verktyget kommer att utvecklas med hjälp av datorsimuleringar och insamling av bakteriologiska stickprov från en mjölkgård.

Participants in the project

Lars Rönnegård is the principal investigator of the research programme. Lars is a professor in statistics at Dalarna University and also holds a position as researcher at the Department of Animal Breeding and Genetics, SLU.

Per Peetz Nielsen is a researcher at RISE Research Institutes of Sweden and holds a PhD in Ethology.

Tariq Halasa is a professor at the Institute for Veterinary and Animal Sciences, University of Copenhagen.

Volker Kromker is a veterinarian and professor in cattle health at the University of Copenhagen.

Freddy Fikse is employed by Växa Sverige and holds a PhD in Animal Science.

Anna Skarin is associate professor at SLU with an expertise in animal movement.

Moudud Alam is associate professor in microdata analysis at Dalarna University.

Svenja Woudstra is a PhD student at the University of Copenhagen with Volker Krömker as main supervisor.

Ida Hansson is a PhD student at SLU with Lars Rönnegård as main supervisor.

Natalie von der Lehr is a communication officer at the Department of Animal Breeding and Genetics, SLU.

Facts:

Time period of the project: January 2020 - December 2022

Financial support: The programme is funded by Formas – a Swedish Research Council for Sustainable Development (ID: 2019-02276 and 2019-02111) and by the Kjell & Märta Beijer Foundation.


Contact

Lars Rönnegård, lrn@du.se, 023-778503

Page editor: natalie.von.der.lehr@slu.se