Breeding objectives and selection schemes for Boran cattle in Kenya

Abstract

Beef production with Boran cattle of Kenya presents an opportunity for utilising the potential of an indigenous breed. Improving the performance of these cattle through production of quality breeding stock may support the livelihoods of Boran cattle farmers. Organised breeding programmes for Boran cattle in Kenya are lacking. This thesis focussed on the design of optimal genetic improvement programmes for Boran cattle raised in the semi-arid tropics of Kenya. Specifically, the aims were: 1) to review the potential for beef cattle genetic improvement in sub-Saharan Africa, 2) to describe the state of institutional framework supporting Boran breeding in Kenya while considering the different categories of Boran cattle farmers, 3) to investigate the genetic and economic merit of alternative breeding programmes based on improved Boran, the unimproved Boran and the possibilities of expanding an inclusive breeding programme for these two strains of Boran cattle, 4) to discuss the feasibility of alternative breeding strategies within the context of a formal breeding programme in Kenya. The methodological approach entailed a review of the literature on cattle production and genetic improvement strategies for sub-Saharan Africa. This was done by identifying previous and on-going breeding activities among indigenous cattle breeds based on their regional distribution in Africa. An institutional framework analysis to characterise the Boran breeding sector in Kenya was also performed. Open questions were presented to the Boran cattle Breeders? Society of Kenya through an online survey to ascertain the structure of the society in terms of membership, cattle populations and animal breeding activities. The production systems, cattle types and breeding objectives were also sought from previous studies on Boran cattle in the process of developing appropriate breeding programmes. Design and evaluation of nucleus breeding programmes (genetically and economically) was done with the ZPLAN computer programme by defining the breeding objectives and selection criteria traits, describing breeding and commercial populations, describing selection groups as well as their reproduction performance parameters. The costs of the breeding programme included fixed costs and costs of animal recording. To account for genetic gain and the flow of animal genetics, a gene transmission matrix was defined utilising the selection groups alongside genetic and phenotypic parameter matrices. The information sources for the selection criteria were mainly parental selection groups and halfsibs of animal. The number of animals forming the selection groups and information sources was calculated in the NBILD and NUMBER subroutines of the ZPLAN. The interest rates for returns and costs were 8% and 6% respectively while the investment period was set at 25 years. The scope of the study was limited to two classes of farmers keeping Boran, the commercial beef ranchers and the market-oriented low-input beef producers that interact with commercial beef ranchers. Three breeding objectives were evaluated, 1) conventional breeding objectives with market (economic) values derived from bio-economic modelling, namely: direct sale weight, dressing percentage, consumable meat percentage, cow weaning rate, cow survival rate, cow weight, age at first calving, milk yield, feed intake and post weaning survival rate, 2) a combination of selected conventional target traits in addition to traits important to low-input farmers to exploit the ongoing informal interaction between the large scale ranchers and low-input systems, and 3) trait preferences for low-input farmers derived from conjoint analysis studies namely; sale weight, calving interval, temperament, tick resistance, trypanotolerance and lactation milk yield. To evaluate the benefit of perceived trypanotolerance in unimproved low-input herds, strategic recording for trypanotolerance for offspring of nucleus sires born in these herds was assumed. Closed and open-nucleus types were evaluated and variations on the nucleus size (5%, 10% and 25%). proportion of gene transfer to commercial herds (25%, 50%, 70%) and the proportion of gene importation into the nucleus (10%, 20% and 30%) were tested. The results from the institutional framework analysis showed that the Boran sector is structured with a section of the farmers being large scale commercial ranchers keeping approximately 17% of a total population of 580,000 heads of cattle. The rest were Boran farmers operating in low-input production systems keeping over 80% of the total population. The large scale commercial ranchers were found to be divided into two groups, about 52% of these farmers were elite breeders that record with the Kenya Stud Book and the rest were mainly commercial. The large scale commercial ranchers keep the improved Boran while the low-input farmers keep the unimproved Boran. The large scale commercial ranchers were organised into a breed society, namely, the Boran Cattle Breeders Society (BCBS), incorporating both the elite breeders and the commercial group. The BCBS was identified as a key stakeholder in the breeding of Boran cattle because of their informal role as suppliers of breeding stock. The results from the evaluation of alternative open and closed-nucleus breeding programmes utilising the Boran cattle populations were obtained with the ZPLAN computer programme. For the elite breeders?, where a total population of 52,000 cows with a breeding unit of 25% was assumed, the overall monetary genetic gain was KSh86 per cow while the profit per cow was KSh361 under the conventional breeding objective. The breeding programme with the entire BCBS group where a population of 99,972 cows was assumed obtained a higher monetary genetic gain and profit than the elite group per cow of KSh93 and KSh431 respectively under the same breeding objective. The results revealed the effect of a larger effective population size on performance of breeding programmes. The breeding programme based wholly on market oriented low-input producers was evaluated using farmer trait preferences as the breeding objective. This breeding programme posted a negative gain for milk yield of -1.1 kg, which improved when restrictions on growth and adaptation were applied. The introduction of the combined breeding objective that included adaptation and disease tolerance traits resulted in a drop in sale weight gain by almost 2 kg. However, post-weaning survival rate improved from 0.4% to 1% and trypanotolerance gained 20% packed cell volume within this breeding objective. There was reduction in feed intake under the combined breeding objective, which is desirable considering the prevailing limitations on land, feed and climatic conditions. This may induce a change in focus from the continuous improvement in sale weight. The gains in post weaning survival rate would support this objective. The results from the expanded breeding programme may be beneficial to both the low-input farmers and the commercial ranchers because of the advantages conferred from the improvement in adaptation traits. The benefits of extra recording for trypanotolerance in the commercial herds of the expanded programme were not realised. In general, the open-nucleus programmes were superior genetically while the closed-nucleus programmes were superior economically. The larger nucleus sizes (25%), higher gene contributions to commercial herd (70%) and limiting nucleus opening to 10% were most profitable. The limitations of the study were observed from the online interviews with respect to the amount of information that could be retrieved from key persons. Similarly, information on the legal framework of the breeding sector was scarce since Kenya has no active livestock breeding policy. The design and evaluation of the breeding programmes was possible with ZPLAN, however, in this study, genetic variance for traits, which normally diminishes with selection and inbreeding, was not account for. This may have had implications related to overestimation of genetic response and economic returns. Nonetheless, the potential of the Boran for both beef production and fitness traits coupled with the presence of institutional support for animal recording in Kenya were evaluated as strengths of the system. This study has shown the possibilities of combining market and non-market traits useful in breeding programmes for cattle utilised in different production systems. This approach is useful in cases where interactions exist between different categories of farmers. To benefit from advantages offered by open-nucleus breeding, recording may be avoided in the commercial herds and selection be done under criteria that are acceptable by the farmers. Further investigations on farmer organisations and comprehensive livestock breeding policies may aid the process of establishing co-ordinated breeding programmes for Boran cattle in Kenya.

Die Nutzung des Boran-Rindes in der Rindfleischproduktion bietet eine Möglichkeit, das Potential dieser Lokalrasse zu optimieren. Organisierte Zuchtprogramme zur Produktion von Hochleistungszuchttieren fehlen. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Gestaltung optimaler Zuchtprogramme für das in semiariden Tropen beheimatete Boran-Rind. Ziele waren 1) das Potential für die genetische Verbesserung von Fleischrindern im subsaharischen Afrika zu evaluieren, 2) die Rahmenbedingungen der Institutionen zu beschreiben, die an der Züchtung des Boran-Rindes in Kenia beteiligt sind, 3) den genetischen und ökonomischen Erfolg verschiedener Zuchtprogramme zu ermitteln, und 4) die Umsetzbarkeit der verschiedenen Zuchtprogramme zu diskutieren. Der methodische Ansatz bestand in einer ausführlichen Literaturübersicht zum Thema Fleischrinderproduktion und Zuchtstrategien für Fleischrinderrassen in Subsahara-Afrika. Außerdem wurde eine Analyse der institutionellen Rahmenbedingungen der Boranzüchtung in Kenia durchgeführt. Diese Analyse wurde durch eine Online-Befragung von Mitgliedern der Vereinigung der Boran-Rinderzüchter in Kenia ergänzt, um offene Fragen zur Struktur hinsichtlich der Mitgliedschaft, Rinder-Populationen und züchterische Aktivitäten zu klären. Produktionssysteme, Rindertypen und Zuchtziele wurden in früheren Untersuchungen beschrieben und identifiziert. Darauf stützend wurden Zuchtziele, Selektionsmerkmale, Tierpopulationen (Zucht- und Produktionsstufe), Selektionsgruppen und ihre Reproduktionsparameter definiert und Nukleus-Zuchtprogramme modelliert. Diese Modelle wurden mit dem Computerprogramm ZPLAN genetisch und ökonomisch bewertet. Die Zuchtprogramme wurden für zwei Gruppen von Boran-Tierhaltern modelliert: die Gruppe der kommerziellen Großbetriebe und die der Bauern mit Low Input Weidemanagement. Folgende Zuchtziele wurden definiert 1) konventionelle Zuchtziele mit durch bioökonomische Modellierung abgeleiteten wirtschaftlichen Gewichten, d.h. Verkaufsgewicht, Bemuskelung, Schlachtkörpermasse, Aufzuchtrate, Überlebensrate und Lebendgewicht von Kühen, Erstkalberalter, Milchleistung, Futteraufnahme und Überlebensrate nach Absetzen, 2) Merkmalspräferenzen von extensiv wirtschaftenden Tierhaltern, die mit Hilfe einer Conjoint Analyse ermittelt wurden, d.h. Verkaufsgewicht, Zwischenkalbezeit, Temperament, Zeckenresistenz, Trypanotoleranz und Laktationsleistung, und 3) eine Kombination aus ausgewählten konventionellen Zuchtzielmerkmalen und Merkmalspräferenzen von extensiv wirtschaftenden Boran-Haltern, um informelle Interaktionen zwischen Großbetrieben und extensiv wirtschaftenden Boran-Haltern zu berücksichtigen. Andere Modellvarianten untersuchten die Effekte einer strategischen Datenerfassung für Trypanotoleranz in den Nachkommen von Vatertieren in der Produktionsstufe, geschlossene und offene Nukleussysteme wurden untersucht, die Nukleusgröße angepasst (5%, 10% und 25%) und schließlich der Anteil des Gentransfers in die Produktionsstufe (25%, 50% und 70%) bzw. der Anteil des Gentransfers von der Produktions- in die Elitestufe (10%, 20% und 30%) variiert. Die Ergebnisse der Analyse der institutionellen Rahmenbedingen zeigten, dass der Boran-Sektor in zwei Bereiche unterteilt ist. Es gibt kommerzielle Großbetriebe, die etwa 17% der Gesamtpopulation von 580.000 Tieren halten. Mehr als 80% der Boran-Population wird von Tierhaltern in extensiver Weidehaltung gehalten. Etwas mehr als die Hälfte der Großbetriebe sind Elite-Zuchtbetriebe, die die Herdbuchpopulation halten. Die andere Hälfte der Großbetriebe sind hauptsächlich in der Produktionsstufe angesiedelt. Großbetriebe halten Improved Boran, während in der kleinbäuerlichen Rinderhaltung das Unimproved Boran vorherrscht. Alle Großbetriebe sind in der Vereinigung der Boran-Rinderzüchter (Boran Cattle Breeders Society, BCBS) organisiert. Die BCBS wurde auf Grund ihrer informellen Rolle als Anbieter von Zuchttieren als Schlüsselinstitution in der Boran-Rinderzucht identifiziert. Durch Modellkalkulationen in ZPLAN wurden der genetische und ökonomische Erfolg der unterschiedlichen Nukleus-Zuchtprogramme für Boran-Rinder ermittelt. Für die Elitezüchter wurde eine Gesamtpopulation von 52.000 Kühen angenommen, davon 25% in der Zuchtstufe. Der ermittelte monetäre Zuchtfortschritt dieses Zuchtprogramms betrug KSh86 pro Kuh und der Züchtungsgewinn pro Kuh betrug KSh361. In einem Zuchtprogramm, das die gesamte BCBS-Gruppe berücksichtigte und für das eine Population von 99.972 Kühen angenommen wurde, konnte ein höherer monetärer Zuchtfortschritt und Züchtungsgewinn erreicht werden (KSh93 bzw. KSh431 pro Kuh). Dies belegt den positiven Effekt der effektiven Populationsgröße auf den genetischen und ökonomischen Erfolg eines Zuchtprogramms. Das untersuchte Zuchtprogramm für extensiv wirtschaftende Boran-Halter unter Berücksichtigung von Merkmalspräferenzen der Tierhalter führte zu einem negativen genetischen Trend in der Milchleistung (-1,1 kg). Dieser negative Trend konnte durch eine Begrenzung der Zunahmen und Adaptation verringert werden. Eine Kombination aus ausgewählten konventionellen Merkmalen und Adaptationsmerkmalen im Zuchtziel führte zu einer Verringerung des Verkaufsgewichts um fast 2 kg. Jedoch verbesserte sich die Überlebensrate nach dem Absetzen (von 0.4% auf 1%) und die Trypanotoleranz (+20% für das Zellvolumen). Außerdem konnte eine Verringerung in der Futteraufnahme erreicht werden, was aufgrund der knappen Land- und Futterressourcen und der schlechten Klimabedingungen als positiv bewertet werden kann. Eine Begrenzung in der Zunahme des Verkaufsgewichts sollte den genannten Beschränkungen ebenfalls Rechnung tragen. Der erwartete Nutzen der Messung von Trypanotoleranz in der Produktionsstufe konnte nicht bestätigt werden. Offene Nukleussysteme erzielten im Allgemeinen einen höheren genetischen Gewinn, wohingegen geschlossene Nukleussysteme ökonomisch überlegen waren. Ein größerer Nukleus (25%), ein höherer Gentransfer in die Produktionsstufe (70%) und eine begrenzte Öffnung des Nukleus (10%) erzielten den höchsten Züchtungsgewinn. Beschränkend auf diese Studie wirkte sich die mangelnde Informationsbereitschaft von Schlüsselpersonen in Online-Interviews aus. Ähnlich gering waren die Informationen über die gesetzlichen Rahmenbedingungen in Kenia. Die Modellierung und die Evaluierung der Zuchtprogramme waren zwar mit ZPLAN möglich, jedoch konnte eine Verringerung der genetischen Variabilität in den Merkmalen durch Selektion und Inzucht nicht erfasst werden. Das könnte zu einer Überschätzung des genetischen und ökonomischen Erfolgs führen. Diese Studie verdeutlicht das Potential der Boran-Rinder in Kenia für die Fleischproduktion und Anpassungsmerkmale in Verbindung mit institutioneller Unterstützung für die Leistungserfassung. Es konnte gezeigt werden, dass eine Kombination aus marktfähigen und nicht marktfähigen Merkmalen im Zuchtziel und somit eine Berücksichtigung von Merkmalspräferenzen von Tierhaltern in unterschiedlichen Produktionssystemen möglich ist. Um von den Vorteilen offener Nukleussysteme profitieren zu können, sollten keine Datenerhebungen in der Produktionsstufe erfolgen, sondern Tiere auf Grundlage von Merkmalen selektiert werden, die für Tierhalter in extensiven Systemen wichtig sind. Weitere Untersuchungen zu bäuerlichen Organisationsformen und gesetzlichen Rahmenbedingungen sind notwendig, um die Entwicklung organisierter Zuchtprogramme für Boran-Rinder in Kenia zu gewährleisten.