Overview of the use of genomic data in animal breeding / Panorama do uso de dados genômicos no melhoramento genético animal

ABSTRACT: The use of molecular information in breeding programs contributed to important advances in the improvement of traits of economic interest in livestock production. The advent of single nucleotide polymorphism (SNP) panels applied to genome-wide selection (GWS) and genome-wide association studies (GWAS), along with computational advances (e.g., use of powerful software and robust analyses) allowed a better understanding of the genetic architecture of farm animals and increased the selection efficiency. In this context, the statistic method single-step GBLUP has been frequently used to perform GWS, and more recently GWAS analyses, providing accurate predictions and QTL detection, respectively. Nevertheless, in developing countries, species such as sheep and goats, whose genomic data are more difficult to be obtained, the use of data simulation has been efficient in the study of the major factors involved in the selection process, such as size of training population, density of SNP chips, and genotyping strategies. The effects of these factors are directly associated with the prediction accuracy of genomic breeding values. In this review we showed important aspects of the use of genomics in the genetic improvement of production traits of animals, the main methods currently used for prediction and estimation of molecular marker effects, the importance of data simulation for validation of those methods, as well as the advantages, challenges and limitations of the use of GWS and GWAS in the current scenario of livestock production.

RESUMO: Em programas de melhoramento genético, o uso de informações moleculares garantiu importantes avanços para a melhoria de características de interesse econômico, no âmbito da produção animal. O advento da tecnologia de painéis de SNPs aplicados à seleção genômica ampla (GWS) e associação genômica ampla (GWAS), aliado ao avanço computacional, com o uso de softwares e análises robustas, permitiram melhor compreensão sobre a arquitetura genética dos animais de produção e, consequentemente, maior eficiência na seleção. Nesse contexto, o método estatístico single-step GBLUP tem sido utilizado, frequentemente, na execução da GWS e, mais recentemente, em GWAS, possibilitando predições acuradas e detecção de QTLs, respectivamente. No entanto, em países em desenvolvimento e, em espécies como os ovinos e caprinos, que existe maior dificuldade para a aquisição de dados genômicos, o uso da simulação de dados tem se mostrado eficiente para estudar os principais fatores envolvidos no processo de seleção, como o tamanho da população de treinamento, densidade de chipde SNPs e estratégias de genotipagem, cujos efeitos estão diretamente associados à acurácia da predição de valores genéticos genômicos. Nesta revisão, serão abordados pontos importantes sobre o uso da genômica no melhoramento genético de características produtivas em animais, principais métodos de predição e estimação de efeitos de marcadores moleculares na atualidade, a importância da simulação de dados para a validação desses métodos, bem como as vantagens, os desafios e as limitações no cenário atual da produção animal com o uso da seleção e associação genômica ampla.

The economic value of sustainability of the integrated crop-livestock system in relation to conventional systems

The objective of this study was to evaluate the potential of improving the economic value of integrated crop-livestock systems (ICLS) compared to conventional systems specialized in monoculture. The experimental area was 16.02 ha, divided into 18 paddocks of 0.89 ha each, organized in a randomized block design, with three replicates and six models of production systems: crop system [corn ( Zea mays ) grain production], livestock system (beef cattle under grazing conditions), and four ICLS, identified as: ICLS-1, corn integrated with Marandu palisadegrass [ Urochloa brizantha (Hoechst. ex A. Rich.) R.D. Webster cv. Marandu (syn. Brachiaria brizantha cv. Marandu] sown simultaneously without herbicide; ICLS-2, corn and Marandu palisadegrass sown simultaneously with herbicide; ICLS-3, corn and Marandu palisadegrass with lagged sowing; and ICLS-4, corn and Marandu palisadegrass sown simultaneously, with herbicide in rows and between-rows of corn. We demonstrated the economic impact analysis combined with the risk optimization and discounted cash flow techniques based on Monte Carlo simulation, considering price and productivity uncertainties. The indicators of added value and return on investment of ICLS had an economic advantage compared with conventional systems. It was also found that ICLS needed a smaller operational area than conventional systems for the economic break-even point. Integrated systems provide lower financial and operational risk levels and greater economic value per hectare compared with conventional systems specialized in monoculture.(AU)

Overview of the use of genomic data in animal breeding / Panorama do uso de dados genômicos no melhoramento genético animal

The use of molecular information in breeding programs contributed to important advances in the improvement of traits of economic interest in livestock production. The advent of single nucleotide polymorphism (SNP) panels applied to genome-wide selection (GWS) and genome-wide association studies (GWAS), along with computational advances (e.g., use of powerful software and robust analyses) allowed a better understanding of the genetic architecture of farm animals and increased the selection efficiency. In this context, the statistic method single-step GBLUP has been frequently used to perform GWS, and more recently GWAS analyses, providing accurate predictions and QTL detection, respectively. Nevertheless, in developing countries, species such as sheep and goats, whose genomic data are more difficult to be obtained, the use of data simulation has been efficient in the study of the major factors involved in the selection process, such as size of training population, density of SNP chips, and genotyping strategies. The effects of these factors are directly associated with the prediction accuracy of genomic breeding values. In this review we showed important aspects of the use of genomics in the genetic improvement of production traits of animals, the main methods currently used for prediction and estimation of molecular marker effects, the importance of data simulation for validation of those methods, as well as the advantages, challenges and limitations of the use of GWS and GWAS in the current scenario of livestock production.

Em programas de melhoramento genético, o uso de informações moleculares garantiu importantes avanços para a melhoria de características de interesse econômico, no âmbito da produção animal. O advento da tecnologia de painéis de SNPs aplicados à seleção genômica ampla (GWS) e associação genômica ampla (GWAS), aliado ao avanço computacional, com o uso de softwares e análises robustas, permitiram melhor compreensão sobre a arquitetura genética dos animais de produção e, consequentemente, maior eficiência na seleção. Nesse contexto, o método estatístico single-step GBLUP tem sido utilizado, frequentemente, na execução da GWS e, mais recentemente, em GWAS, possibilitando predições acuradas e detecção de QTLs, respectivamente. No entanto, em países em desenvolvimento e, em espécies como os ovinos e caprinos, que existe maior dificuldade para a aquisição de dados genômicos, o uso da simulação de dados tem se mostrado eficiente para estudar os principais fatores envolvidos no processo de seleção, como o tamanho da população de treinamento, densidade de chipde SNPs e estratégias de genotipagem, cujos efeitos estão diretamente associados à acurácia da predição de valores genéticos genômicos. Nesta revisão, serão abordados pontos importantes sobre o uso da genômica no melhoramento genético de características produtivas em animais, principais métodos de predição e estimação de efeitos de marcadores moleculares na atualidade, a importância da simulação de dados para a validação desses métodos, bem como as vantagens, os desafios e as limitações no cenário atual da produção animal com o uso da seleção e associação genômica ampla.

Protodioscin levels in Brachiaria spp. in a sheep production system and a brief review of the literature of Brachiaria spp. poisoning in ruminants

ABSTRACT: Plants of the genus Brachiaria, used in several countries as forage, are poisonous to some livestock species. Their toxic principle is protodioscin, and the main form of clinical presentation of the toxicosis is hepatogenous photosensitization. Here we compare protodioscin levels in B. decumbens and B. brizantha and review the literature on the concentrations and methodologies of collection and analysis of the toxic principle in Brachiaria spp. and the risk of contamination of pastures by more toxic species that may facilitate poisoning by plants of this genus in sheep. The experiment was conducted in pastures originally formed by B. brizantha, with many B. decumbens invasion points. The occurrence of cases of poisoning by Brachiaria spp. was the criterion for confirming pasture toxicity. The forage samples were collected at ten random points every 28 days through manual grazing simulation. The samples were analyzed for protodioscin by high-performance liquid chromatography (HPLC) with light scattering by evaporation (ELSD) after being dried and crushed. In the flock of 69 sheep, five poisoning cases occurred, three sheep died, and two recovered. The protodioscin levels found in the evaluated pastures ranged from 0.70 to 0.45%; higher levels appeared in B. decumbens (7.09%) compared to 1.04% in B. brizantha. We suggest that Brachiaria spp. should be avoided in pastures where sheep are grazing.

RESUMO: Plantas do gênero Brachiaria, utilizadas em vários países como forragem, são tóxicas para várias espécies pecuárias. Seu princípio tóxico é a protodioscina, e a principal forma de apresentação clínica da toxicose é a fotossensibilização hepatógena. Este estudo teve como objetivo comparar os níveis de protodioscina em B. decumbens e B. brizantha e revisar a literatura sobre as concentrações e metodologias de coleta e análise do princípio tóxico em Brachiaria spp. e o risco de contaminação das pastagens por espécies mais tóxicas que podem facilitar a intoxicação por plantas desse gênero em ovinos. O experimento foi conduzido em pastagens originalmente formadas por B. brizantha, com diversos pontos de invasão por B. decumbens. Ocorrência de casos de intoxicação por Brachiaria spp. foi o critério para confirmação da toxicidade da pastagem. As amostras de forragem foram coletadas a cada 28 dias em dez pontos aleatórios por meio de simulação de pastejo manual. As amostras foram analisadas para protodioscina por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) com dispersão de luz por evaporação (ELSD) após serem secadas e trituradas. No rebanho de 69 ovelhas, cinco desenvolveram a intoxicação, três morreram e duas se recuperaram. Os níveis de protodioscina encontrados nas pastagens avaliadas variaram de 0,70 a 0,45%; níveis mais elevados apareceram em B. decumbens (7,09%) em comparação com 1,04% em B. brizantha. Sugerimos que Brachiaria spp. deve ser evitada no pasto de ovelhas em pastejo.

Economic viability of a crop-livestock integration system / Viabilidade econômica de um sistema de integração lavoura-pecuária

Crop monoculture and single conventional cattle raising were designed for a rapid increase in productivity and food supply. However, some of these production systems have shown signs of saturation and negative environmental impacts. Crop-livestock integration systems have been developed as an alternative that delivers increased productivity and greater environmental sustainability. This article presents an evaluation of the economic viability and the financial risk associated with an investment in crop-livestock integration with a focus on the production of beef cattle in São Carlos, SP, Brazil. Results showed that the investment is economically viable and has an Internal Rate of Return higher than that of a conventional system. Monte Carlo simulations showed that the integrated system presents lower market risks when compared to the conventional system.(AU)

A produção agrícola em monocultivo e a pecuária convencional não integrada com culturas foram desenhadas para um aumento rápido da produtividade e da oferta de alimentos. Entretanto, alguns destes sistemas de produção têm mostrado sinais de saturação e impactos ambientais negativos. Sistemas de integração lavoura-pecuária têm sido desenvolvidos como uma alternativa que oferece aumento de produtividade e maior sustentabilidade ambiental. O presente trabalho tem por objetivo estimar a viabilidade econômica e o risco financeiro associado a um projeto de investimento em integração lavoura-pecuária com foco para a produção de animais de corte em São Carlos, SP. Os resultados mostraram que o investimento é economicamente viável e apresenta Taxa Interna de Retorno superior à de um sistema convencional. Por meio da simulação de Monte Carlo constatou-se o sistema integrado apresenta menores riscos de mercado quando comparado com o sistema convencional.(AU)

Protodioscin levels in Brachiaria spp. in a sheep production system and a brief review of the literature of Brachiaria spp. poisoning in ruminants / Níveis de protodioscina em Brachiaria spp. em um sistema de produção de ovinos e uma breve revisão da literatura da intoxicação por Brachiaria spp. em ruminantes

Plants of the genus Brachiaria, used in several countries as forage, are poisonous to some livestock species. Their toxic principle is protodioscin, and the main form of clinical presentation of the toxicosis is hepatogenous photosensitization. Here we compare protodioscin levels in B. decumbens and B. brizantha and review the literature on the concentrations and methodologies of collection and analysis of the toxic principle in Brachiaria spp. and the risk of contamination of pastures by more toxic species that may facilitate poisoning by plants of this genus in sheep. The experiment was conducted in pastures originally formed by B. brizantha, with many B. decumbens invasion points. The occurrence of cases of poisoning by Brachiaria spp. was the criterion for confirming pasture toxicity. The forage samples were collected at ten random points every 28 days through manual grazing simulation. The samples were analyzed for protodioscin by high-performance liquid chromatography (HPLC) with light scattering by evaporation (ELSD) after being dried and crushed. In the flock of 69 sheep, five poisoning cases occurred, three sheep died, and two recovered. The protodioscin levels found in the evaluated pastures ranged from 0.70 to 0.45%; higher levels appeared in B. decumbens (7.09%) compared to 1.04% in B. brizantha. We suggest that Brachiaria spp. should be avoided in pastures where sheep are grazing.(AU)

Plantas do gênero Brachiaria, utilizadas em vários países como forragem, são tóxicas para várias espécies pecuárias. Seu princípio tóxico é a protodioscina, e a principal forma de apresentação clínica da toxicose é a fotossensibilização hepatógena. Este estudo teve como objetivo comparar os níveis de protodioscina em B. decumbens e B. brizantha e revisar a literatura sobre as concentrações e metodologias de coleta e análise do princípio tóxico em Brachiaria spp. e o risco de contaminação das pastagens por espécies mais tóxicas que podem facilitar a intoxicação por plantas desse gênero em ovinos. O experimento foi conduzido em pastagens originalmente formadas por B. brizantha, com diversos pontos de invasão por B. decumbens. Ocorrência de casos de intoxicação por Brachiaria spp. foi o critério para confirmação da toxicidade da pastagem. As amostras de forragem foram coletadas a cada 28 dias em dez pontos aleatórios por meio de simulação de pastejo manual. As amostras foram analisadas para protodioscina por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) com dispersão de luz por evaporação (ELSD) após serem secadas e trituradas. No rebanho de 69 ovelhas, cinco desenvolveram a intoxicação, três morreram e duas se recuperaram. Os níveis de protodioscina encontrados nas pastagens avaliadas variaram de 0,70 a 0,45%; níveis mais elevados apareceram em B. decumbens (7,09%) em comparação com 1,04% em B. brizantha. Sugerimos que Brachiaria spp. deve ser evitada no pasto de ovelhas em pastejo.(AU)

Protodioscin levels in Brachiaria spp. in a sheep production system and a brief review of the literature of Brachiaria spp. poisoning in ruminants / Níveis de protodioscina em Brachiaria spp. em um sistema de produção de ovinos e uma breve revisão da literatura da intoxicação por Brachiaria spp. em ruminantes

Plants of the genus Brachiaria, used in several countries as forage, are poisonous to some livestock species. Their toxic principle is protodioscin, and the main form of clinical presentation of the toxicosis is hepatogenous photosensitization. Here we compare protodioscin levels in B. decumbens and B. brizantha and review the literature on the concentrations and methodologies of collection and analysis of the toxic principle in Brachiaria spp. and the risk of contamination of pastures by more toxic species that may facilitate poisoning by plants of this genus in sheep. The experiment was conducted in pastures originally formed by B. brizantha, with many B. decumbens invasion points. The occurrence of cases of poisoning by Brachiaria spp. was the criterion for confirming pasture toxicity. The forage samples were collected at ten random points every 28 days through manual grazing simulation. The samples were analyzed for protodioscin by high-performance liquid chromatography (HPLC) with light scattering by evaporation (ELSD) after being dried and crushed. In the flock of 69 sheep, five poisoning cases occurred, three sheep died, and two recovered. The protodioscin levels found in the evaluated pastures ranged from 0.70 to 0.45%; higher levels appeared in B. decumbens (7.09%) compared to 1.04% in B. brizantha. We suggest that Brachiaria spp. should be avoided in pastures where sheep are grazing.(AU)

Plantas do gênero Brachiaria, utilizadas em vários países como forragem, são tóxicas para várias espécies pecuárias. Seu princípio tóxico é a protodioscina, e a principal forma de apresentação clínica da toxicose é a fotossensibilização hepatógena. Este estudo teve como objetivo comparar os níveis de protodioscina em B. decumbens e B. brizantha e revisar a literatura sobre as concentrações e metodologias de coleta e análise do princípio tóxico em Brachiaria spp. e o risco de contaminação das pastagens por espécies mais tóxicas que podem facilitar a intoxicação por plantas desse gênero em ovinos. O experimento foi conduzido em pastagens originalmente formadas por B. brizantha, com diversos pontos de invasão por B. decumbens. Ocorrência de casos de intoxicação por Brachiaria spp. foi o critério para confirmação da toxicidade da pastagem. As amostras de forragem foram coletadas a cada 28 dias em dez pontos aleatórios por meio de simulação de pastejo manual. As amostras foram analisadas para protodioscina por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) com dispersão de luz por evaporação (ELSD) após serem secadas e trituradas. No rebanho de 69 ovelhas, cinco desenvolveram a intoxicação, três morreram e duas se recuperaram. Os níveis de protodioscina encontrados nas pastagens avaliadas variaram de 0,70 a 0,45%; níveis mais elevados apareceram em B. decumbens (7,09%) em comparação com 1,04% em B. brizantha. Sugerimos que Brachiaria spp. deve ser evitada no pasto de ovelhas em pastejo.(AU)

Modelling beef cattle production systems from the Pampas in Brazil to assess intensification options

Traditional livestock productivity is hard to estimate, since it depends on a gamut of animal production indicators that are difficult to measure for many farms. Thus, we propose an analytical method for estimating productivity and understanding the importance of animal production indicators under different full-cycle cattle production systems in Brazil. To evaluate the impact of these indicators, equations were derived from a comutational model of herd evolution for estimating the output parameters of the system as follows: productivity per hectare (PH) and offtake rate (COR), as a function of the indicators; calving rate (CR), mating age (AM), age of slaughter (AS) and stocking rate (SR). For this analysis, twenty-seven scenarios (simulation data) of low to high productivity were used, resulting from the combination of the following factors and levels: 1) calving rate of 50, 65 and 80 %; 2) mating age of heifers of one, two and three, years of age; and 3) age at slaughter of one, two and three year old steers. The scenario with the highest impact for each parameter and the indicator of highest impact for each scenario were identified for the production conditions in the region. Under most scenarios, a reduction in mating age had a greater impact on the productivity indexes compared to a reduction in slaughter age. Appropriate management of available technologies enables farmers to compare the marginal impacts of specific indicators on full-cycle production systems for beef cattle.

Modelling beef cattle production systems from the Pampas in Brazil to assess intensification options

Traditional livestock productivity is hard to estimate, since it depends on a gamut of animal production indicators that are difficult to measure for many farms. Thus, we propose an analytical method for estimating productivity and understanding the importance of animal production indicators under different full-cycle cattle production systems in Brazil. To evaluate the impact of these indicators, equations were derived from a comutational model of herd evolution for estimating the output parameters of the system as follows: productivity per hectare (PH) and offtake rate (COR), as a function of the indicators; calving rate (CR), mating age (AM), age of slaughter (AS) and stocking rate (SR). For this analysis, twenty-seven scenarios (simulation data) of low to high productivity were used, resulting from the combination of the following factors and levels: 1) calving rate of 50, 65 and 80 %; 2) mating age of heifers of one, two and three, years of age; and 3) age at slaughter of one, two and three year old steers. The scenario with the highest impact for each parameter and the indicator of highest impact for each scenario were identified for the production conditions in the region. Under most scenarios, a reduction in mating age had a greater impact on the productivity indexes compared to a reduction in slaughter age. Appropriate management of available technologies enables farmers to compare the marginal impacts of specific indicators on full-cycle production systems for beef cattle.(AU)

Desenvolvimento de modelo híbrido de simulação para avaliação econômica de sistemas integrados de produção agropecuária

SARTORELLO, G. L. Desenvolvimento de modelo híbrido de simulação para avaliação econômica de sistemas integrados de produção agropecuária. 2021. 125 f. Tese (Doutorado em Ciências) Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2021. Os sistemas integrados de produção agropecuária (SIPAs) podem apresentar vários benefícios em relação aos aspectos sociais, ambientas e econômicos quando comparados aos monocultivos. No entanto, esses sistemas são intensivos no uso dos recursos que compõe o sistema e, assim tornam-se mais complexos para identificar as suas ineficiências. Nesse sentido, técnicas avançadas da Pesquisa Operacional têm sido úteis para o planejamento, projeto e controle desses sistemas. A simulação computacional tem se apresentado como uma das principais ferramentas de análise e se tornado mais útil e difundida pelo uso dos métodos de simulação de eventos discretos (SED) e baseado em agentes (SBA). Na literatura, há quantidade crescente de estudos que utilizaram métodos de simulação com aplicações na agropecuária, mas apenas uma quantidade limitada deles utilizaram modelos híbridos de simulação (MHS) e nenhum deles aplicados em SIPAs. Assim, o objetivo desta tese foi desenvolver e descrever modelo híbrido de simulação SED e SBA com componentes estocásticos para avaliar em sistemas integrados de produção agropecuária uma população de bovinos de corte e de uma cultura agrícola e usá-lo para calcular e comparar os indicadores técnicos e econômico-financeiros dessas produções em sistemas de monocultivo ou integrados. Foi avaliado o efeito do dia de plantio das pastagens (simultaneamente ou 20 dias após ao milho), espaçamento de plantio (75 cm ou 37,5 cm) e o uso de herbicida para controle do crescimento da forrageira (0 dias ou 20 dias pós emergência do milho). O modelo foi desenvolvido utilizando a ferramenta de simulação AnyLogic e foi parametrizado utilizando dados de um experimento realizado a campo. Seis tratamentos foram avaliados: i) monocultivo de milho (Milho); ii) monocultura do boi (Boi); iii) SIPA1: o capimmarandu semeado simultaneamente com o milho; iv) SIPA2: semeadura simultânea e 20 dias após o plantio do milho aplicação de herbicida Nicosulfuron (8 g/ha de ingrediente ativo); v) SIPA3: plantio da pastagem 20 dias após o plantio do milho; e vi) SIPA4: as sementes de milho e pastagem foram semeadas simultaneamente, com espaçamento de 37,5 cm e mais aplicação de herbicida como no tratamento SIPA2. Em SIPAs as produções de milho e boi foram bienais. O tempo de análise nas simulações foram de 3.285 dias (nove anos). Os resultados demonstraram que a taxa de lotação foi de 3,2 UA.ha-1 para SIPAs enquanto que foi de 3,5 UA.ha-1 em Boi. As diferentes estratégias de plantio não alteraram o desempenho produtivo dos animais. O menor custo total (CT) na produção de bovinos foi em SIPA3, R$ 11,34/kg; para a produção de milho os menores CT foram nos tratamentos SIPA2 e SIPA4, R$ 0,43/kg e R$ 0,44/kg, respectivamente. Por fim, os seguintes resultados de TIR: 120%, -4%, 9%, 19%, 22% e 18% para Milho, Boi, SIPA1, SIPA2, SIPA3 e SIPA4, respectivamente, foram obtidos. O MHS apresentou-se como uma ferramenta útil para avaliar e entender em profundidade o sistema de interesse. O MHS tem potencial de considerar aspectos sociais e ambientais que não foram considerados neste estudo e pode ser adaptado para aplicação em outras áreas de produção.

SARTORELLO, G. L. Development of a hybrid simulation model for economic evaluation of integrated crop-livestock system. 2021. 125 f. Tese (Doutorado em Ciências) Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2021. Integrated crop-livestock systems (iCLS) can present several benefits in terms of social, environmental and economic aspects when compared to single agriculture. However, these systems are intensive in the use of the resources that make up the system and, therefore, become more complex to identify their inefficiencies. In this sense, advanced techniques of Operations Research have been useful for the planning, design and control of these systems. Computational simulation has presented itself as one of the main tools of analysis and has become more useful and widespread through the use of discrete event (DES) and agent-based simulation (ABS) methods. In the scientific literature, there is an increasing number of research studies that have used simulation methods with agricultural applications, but only a limited number of them have used hybrid simulation models (HSM) and have none of them applied in iCLS. Thus, this thesis aimed to develop and describe a hybrid simulation model - DES and ABS - with stochastic components to evaluate in integrated crop and livestock systems a population of beef cattle and an agricultural crop and use it to calculate and compare the technical and economic-financial indicators of these productions in monoculture or integrated systems. The effect of the pasture planting day (simultaneously or 20 days after corn), planting spacing (75 cm or 37.5 cm) and the use of herbicide to control the growth of forage (0 days or 20 days after corn emergence) were evaluated. The model was developed using the AnyLogic simulation tool and was parameterized using data from a field experiment. Six treatments were evaluated: i) corn monoculture ("Maize"); ii) monoculture of cattle ("Beef"); iii) iCLS1: the marandu grass sown simultaneously with the corn; iv) iCLS2: simultaneous sowing and 20 days after planting corn application of Nicosulfuron herbicide (8 g/ha of the active ingredient); v) iCLS3: planting the pasture 20 days after planting the corn; e vi) iCLS4: corn and pasture seeds were sown simultaneously, with 37.5 cm spacing and more herbicide application as in SIPA2 treatment. In iCLS the corn and beef productions were biennial. The analysis time in the simulations was 3,285 days (nine years). The results showed that the stocking rate was 3.2 UA.ha-1 for iCLS while 3.5 UA.ha-1 in Beef. The different planting strategies have not altered the productive performance of the animals. The lowest total cost (TC) in cattle production was in SIPA3, R$ 11.34/kg; for corn production, the lowest TC were in SIPA2 and SIPA4 treatments, R$ 0.43/kg and R$ 0.44/kg, respectively. Finally, the following IRR results: 120%, -4%, 9%, 19%, 22% and 18% for Maize, Beef, iCLS1, iCLS 2, iCLS 3 and iCLS 4, respectively were obtained. The HSM has presented itself as a useful tool to evaluate and understand in deep detail the system of interest. The HSM has the potential to consider social and environmental aspects that were not considered in this study and can be adapted for application in other production areas.

Yield-gap in pasture-based animal production systems in Central-west and Southeast of Brazil (Central Brazil)

A preocupação com a demanda por produção de alimentos de forma sustentável frente ao crescimento população mundial exige estudos sobre segurança alimentar que avaliem e façam projeções do potencial produtivo das principais cadeias alimentares ao redor do globo. As análises de "yield-gap" do projeto Global Yield Gap Atlas (GYGA) tem o propósito de identificar o potencial produtivo das principais culturas agrícolas produzidas no mundo por meio de modelos de simulação de crescimento vegetal, além de quantificar as diferenças entre as produtividades potenciais, atingíveis e reais dos principais países produtores. No entanto, não existem protocolos consolidados para esse tipo de análise voltada para a produção pecuária. O Brasil está entre os maiores produtores de carne do mundo e a maior parte da atividade pecuária de corte brasileira tem as pastagens tropicais como principal fonte de alimento para os animais. A espécie Urochloa brizantha cv. Marandu é a mais amplamente cultivada no país e utilizada em sistemas de produção pecuária, principalmente nas regiões Centro-Oeste e Sudeste. O uso de simulação de produção de forragem em longo prazo é importante para estudos de cenários estratégicos, previsões de déficits de produtividade e análise de risco de perdas de produção. No entanto, os modelos de forragem só foram testados usando dados de curto período. Com este estudo, objetivou-se adaptar os protocolos GYGA para sistemas de pecuária de corte baseados em pastagem, utilizando a adaptação de modelos de forragem para realizar a simulação produção de forragem de longo prazo e por meio de modelos de estimativa de lotação para estimar os níveis de produção de gado de corte em diferentes cenários de manejo no Brasil Central, além de determinar seus déficits de produtividade. É possível estimar os déficits de produtividade de sistemas de produção animal à pasto em diferentes condições edafoclimáticas, incluindo os biomas Amazônia, Cerrado e Mata Atlântica, por meio do desenvolvimento de um protocolo específico de análise de déficit de produtividade para bovinos de corte. Uma das principais contribuições desse estudo foi fornecer uma visão geral do sistema de produção pecuário como um todo, por meio de estimativas de produção de forragem de longo prazo e de lotação animal que levam em consideração a estacionalidade anual de produção, em decorrência de fatores meteorológicos, e a capacidade suporte da pastagem, gerando assim, dados mais consistentes.

The demand for sustainable food production in face of world population growth requires efforts in food security analyzes that evaluate and project the productive potential of the main food chains around the globe. The yield-gap analyzes of Global Yield Gap Atlas (GYGA) has the purpose of identifying the productive potential of the main agricultural crops produced in the world through crop simulation models, in addition to quantifying the differences (gaps) between the potential, attainable and real yields of the main producing countries. However, there are no consolidated protocols for this type of analysis aimed at livestock production. Brazil is among the largest meat producers in the world and most of the Brazilian beef cattle activity has tropical pastures as the main source of food for animals. Urochloa brizantha cv. Marandu palisadegrass is the most widely cultivated forage species in the country, mainly in the Central-west and Southeast regions. The use of long- term forage production simulation is important for studies of strategic scenarios, yield-gap predictions, and risk analysis of production losses. However, forage models have only been tested using short period data. In this study, we aimed to adapt GYGA protocols for pasture- based beef cattle livestock systems, using the adaptation of forage models to simulate long- term herbage production, and by using a stocking rate model to predict pasture carrying capacity under different scenarios of management in Central Brazil, in addition to estimate the yield-gaps of pasture-based animal production systems in Southeast and Central-west of Brazil. It possible to estimate yield-gap of pasture-based-beef-cattle production systems in different edaphoclimatic conditions in Brazil, including the Amazon, Cerrado and Atlantic Forest Biomes, through the development of a specific protocol for yield-gap analysis for beef cattle livestock. One of the main contributions of this study was to provide an overview of the livestock production system as a whole, by simulations of long-term forage production and animal stocking rates that consider the annual seasonality of production, due to meteorological factors, and its effect on pastures carrying capacity.

SIMULAÇÃO DE RESÍDUOS ANTIMICROBIANOS EM LEITE CRUREFRIGERADO: DETECÇÃO, PRINCÍPIOS E PREJUÍZOS

A presença de antibióticos no leite é um fator de risco para o consumidor, podendo causar alergia, resistência bacteriana e choques anafiláticos em indivíduos suscetíveis; o controle deste resíduo, deve ser realizado de forma sistemática na cadeia produtiva do leite. Objetivou-se com a realização desta dissertação, apresentar uma revisão literária sobre o controle de resíduos de antibióticos; um artigo científico que buscou simular a não adoção do período de carência para resíduos antimicrobianos em leite cru refrigerado e observar em uma indústria laticinista qual seria o impacto, quanto a detecção total de leite descartado. Têm-se como objetivo também apresentar um manual técnico contendo os princípios ativos utilizados e os repectivos nomes comerciais para a atividade leteira, contendo o período de carência. Foram realizadas simulações para os grupos de antibióticos, princípios ativos e prejuízos em descarte. Das amostras avaliadas em relação a simulação, 379 (79,12%) demonstraram estar sucepstível a presença de resíduos no leite e 100 (20,88%) amostras que não apresentariam risco de contaminação por resíduos. As medicações que apresentaram maior índice de presença nas propriedades foram CEF 50 36 (9,5%), Borgal 23 (6,07%), terramicina e oxitrat 22 (5,8%), gentamastil L 19 (5,01%), Corta curso 17 (4,49%), e kinetomax 12 (3,1%). Quantos aos princípios: beta-lactâmicos 142 amostras (37,47%), tetraciclinas 87 (22,96%), aminoglicosídeos 50 (13,19%), seguidas de macrolídeos 15 (3,96%) quinolonas35 (9,23%), sulfonamidas 38 (10,03%), Fluoro 11 (2,90%) e estreptomicina 1 (0,26%). Com a simulação de possíveis presenças de resíduos foi possível identificar que a Região 17, evidenciou o maior percentual de presença de volume de descarte, uma vez que seria possível constatar que dos quatro produtores, dois apresentariam presença em 2,426 litros (71,42%). Conclui-se que 79,12% das amostras avaliadas, ao serem submetidas à simulação poderiam evidenciar uma não conformidade de acordo com os padrões preconizados pela legislação vigente, demostrando a importância da necessidade de conscientização do produtor sobre as práticas de uso racional dos antibióticos.

The presence of antibiotics in milk is a risk factor for the consumer, which can cause allergy, bacterial resistance and anaphylactic shock in susceptible individuals; the control of this residue should be performed systematically in the milk production chain. The objective of this dissertation was to present a literature review on the control of antibiotic residues; a scientific article that sought to simulate the non- adoption of the grace period for antimicrobial residues in raw refrigerated milk and to observe in a dairy industry what the impact would be, regarding the total detection of discarded milk. The objective is also to present a technical manual containing the active principles used and the repective commercial names for the dairy activity, containing the grace period. Simulations were performed for the groups of antibiotics, active ingredients, and losses in discarding. Of the samples evaluated in relation to the simulation, 379 (79.12%) showed to be susceptible to the presence of residues in milk, and 100 (20.88%) samples that would not present risk of contamination by residues. The medications that presented the highest index of presence in the properties would be CEF 50 36 (9.5%), Borgal 23 (6.07%), terramycin and oxitrat 22 (5.8%), gentamastil L 19 (5.01%), Corta curso 17 (4.49%), and kinetomax 12 (3.1%). As for the principles: beta-lactams 142 samples (37.47%), tetracyclines 87 (22.96%), aminoglycosides 50 (13.19%), followed by macrolides 15 (3.96%) quinolones35 (9.23%), sulfonamides 38 (10.03%), Fluoro 11 (2.90%), and streptomycin 1 (0.26%). With the simulation of possible presence of residues it was possible to identify and that the Region 17, would show the highest percentage of presence of disposal volume, since it would be possible to verify that of the four producers, two would present presence in 2.426 liters (71.42%). It is concluded that 79.12% of the evaluated samples, when submitted to simulation could evidence a non-compliance according to the standards recommended by the current legislation, demonstrating the importance of the need for awareness of the producer about the practices of rational use of antibiotics.

MODELAGEM DE SISTEMAS APLICADA À PRODUÇÃO DE FORRAGEM E AO USO DA ÁGUA, NAS CONDIÇÕES ATUAIS E SOB MUDANÇAS CLIMÁTICAS, NO SEMIÁRIDO BRASILEIRO

O trabalho foi desenvolvido utilizando técnicas de modelagem mecanicista/estocástica e de dinâmica de sistemas para o entendimento dos fluxos e gestão da água e forragem em sistemas de produção animal no Semiárido, também sob a perspectiva das mudanças climáticas. O estudo foi dividido em: (1) uso da modelagem para estimativas de estoques e ofertas de forragem em unidades pecuárias do Semiárido, (2) estimativa da capacidade de suporte do capim-buffel e capim-corrente sob o cenário de mudanças climáticas, e (3) modelagem do balanço hídrico de um sistema de produção de ruminantes no Semiárido. No primeiro estudo, foi pretendida a restruturação do Sistema de Garantia de Forragem Estabilizada e a apresentação da metodologia: sistema de gestão da produção de biomassa garantida para o Semiárido Brasileiro Sistema Asa Branca. Para aplicação da técnica, foram utilizados modelos de simulação (PHYGROW) dos capins buffel e massai e palma forrageira, realizados testes de aderência e geração de séries sintéticas utilizando o software @RISK©. Os modelos, primeiramente obtidos para Limoeiro do Norte-CE, foram derivados para uma propriedade locada em Quixeramobim-CE. Foram estipulados diferentes modelos de uso das áreas e analisados pelo conceito de garantia. Verificou-se que, à medida que a palma forrageira é inserida em maiores proporções na propriedade, menor é a variação da produção total do sistema, agindo com um elemento tamponante da oscilação natural da oferta de forragem da pastagem nativa. Com a garantia de 95%, o modelo intermediário de inclusão da palma forrageira (Modelo 03) mostra um potencial de incremento de aproximadamente 293.000 kg de MS na propriedade. No segundo estudo, foram realizadas simulações utilizando o PHYGROW para avaliar os possíveis impactos futuros das mudanças climáticas na capacidade de suporte do capim-buffel e capim-corrente, por meio dos modelos climáticos globais CNRM-CM3, MIROC5 e MRI-CGCM3, considerando o cenário RCP 4.5. Foi considerado o intervalo futuro de 38 anos para a região da Chapada do Apodi, Limoeiro do Norte-CE. Verificou-se adequada correlação entre os modelos climáticos e o modelo inicial de crescimento das culturas pelo PHYGROW. Os cenários apresentados para as duas forrageiras avaliadas são positivos, indicando uma capacidade de suporte estimada em 1,5 a 2,5 UA ha-1 e estabilizada ao longo do período simulado. No terceiro estudo, objetivou-se demonstrar o impacto do consumo de água de um sistema de produção de ruminantes na pequena açudagem. O modelo de uso da água foi elaborado no software Vensim PLE para uma propriedade hipotética locada em Petrolina-PE. A capacidade do reservatório e as taxas de evaporação, de infiltração e de escoamento foram estimadas da literatura e a precipitação pluviométrica foi estimada por função densidade de probabilidade no software @RISK©. Foram estimados o uso de irrigação, o consumo de água da propriedade familiar e o consumo de água por caprinos, ovinos e bovinos. No horizonte de 30 anos, em apenas cinco destes foi atingida a máxima capacidade do reservatório. Nos cenários com maior demanda por água são verificados anos onde o açude seca completamente, inviabilizando a produção animal. Por meio do modelo proposto, foi possível estimar, utilizando indicadores práticos e reais, combinações para encontrar a melhor forma de uso da água, a depender do tipo de rebanho e do uso de irrigação.

The study was performed using techniques of mechanistic / stochastic modeling and Systems Dynamics to understand the flows and management of water and forage in animal production systems in the semi-arid, also from the perspective of climate change. The study was divided into: (1) use of modeling to estimate stocks and forage on offer in livestock units in the semi-arid, (2) estimate of the buffel and current grass supporting capacity under the climate change scenario and (3) modeling of the water balance of a ruminant production system in the semi-arid region. In the first study, it was intended to restructure the Stabilized Forage Guarantee System and to present the methodology: guaranteed biomass production management system for the Brazilian Semi-arid Asa Branca System. For application of the technique, simulation models using PHYGROW program of buffel and massai grasses and cactus pear were used, adhesion tests and generation of synthetic series at @RISK© software were performed. The models, first obtained for Limoeiro do Norte-CE, were derived for a property leased in Quixeramobim-CE. Different models of use of the areas were stipulated and analyzed by the guarantee concept. It was verified that, as the cactus pear is inserted in greater proportions in the property, the variation of the total production of the system is smaller, acting with a buffering element of the natural oscillation of the forage supply of the native pasture. With a 95% guarantee, the intermediate model of inclusion of cactus pear (Model 03) shows an increase potential of approximately 293,000 kg of DM in the property. In the second study, simulations using PHYGROW were carried out to assess the possible future impacts of climate change on the carrying capacity of buffel grass and current grass, using the global climate models CNRM-CM3, MIROC5 and MRI-CGCM3, considering the scenario RCP 4.5. The future interval of 38 years was considered for the Apodi plateau region, Limoeiro do Norte-CE. There was an adequate correlation between the climatic models and the initial model of crop growth by PHYGROW. The scenarios presented for the two forages evaluated are positive, indicating a support capacity estimated at 1.5 to 2.5 AU ha-1 and stabilized over the simulated period. In the third study, the objective was to demonstrate the impact of water consumption from a ruminant production system in a small reservoir. The water use model was developed using the Vensim PLE software for a hypothetical property located in Petrolina, Pernambuco, Brazil. The reservoir capacity and evaporation, infiltration and runoff rates were estimated from the literature and rainfall was estimated using the probability density function in the @RISK© software. The use of irrigation, water consumption of the family property, and water consumption by goats, sheep and cattle were estimated in the literature. In the horizon of 30 years, in only five of these the maximum capacity of the reservoir was reached. In the most demanding water scenarios, years are observed where the weir dries completely, making animal production unfeasible. Using the proposed model, it was possible to estimate, using practical and real indicators, combinations to find the best way to use water, depending on the type of herd and the use of irrigation.

Análise da relação benefício-custo em sistema de produção de leite com animais mestiços no norte de Minas Gerais / Cost-benefit analysis of a milk production system with crossbred animals in northern Minas Gerais

O estudo foi conduzido com o objetivo de estimar o custo de produção de animais com diferentes proporções de genes da raca holandesa e a rentabilidade anual por vaca em rebanho no Norte de Minas Gerais por meio de simulação. Foram utilizadas as informações do arquivo zootécnico da Fazenda Queluz, situada em Francisco Sá, MG, Brasil, durante o período de 2007 a 2012. O sistema de produção da fazenda consiste de vacas cruzadas Holandês x Zebu (HZ), de composições genéticas variando de 1/4 HZ até 7/8 HZ. A receita total por animal, rentabilidade anual por vaca e variação da rentabilidade foram estimadas no decorrer dos anos, de acordo com a composição genética. As vacas 7/8 HZ apresentaram maior receita com a produção de leite, mas a rentabilidade estimada foi 7,75% da receita total, seguida pelas vacas 3/4 HZ, que também mostraram 4,11% de rentabilidade. Por outro lado, os animais 3/8 HZ tiveram a maior rentabilidade, seguida pelos animais 1/4 HZ e 1/2 HZ. No decorrer dos anos observou-se inversão da composição genética do rebanho. Em 2007, 64% das vacas do rebanho eram 7/8 HZ, e em 2012 os animais 7/8 HZ foram substituídos por animais 1/4 HZ, 3/8 HZ e 1/2 HZ, perfazendo o total de 90% dos genótipos. Apesar da maior produção dos animais com maior proporção de genes da raça holandesa, observou que a mudança do rebanho para vacas com maior proporção de genes de raças zebuínas leiteiras proporcionou aumento da rentabilidade, fato que pode ser atribuído a maior eficiência econômica deste genótipo...

A simulation study was conducted to estimate the production costs of animals with different proportions of Holstein genes and annual return per cow in a herd from the northern region of Minas Gerais. Data from the zootechnical archive of Fazenda Queluz, Francisco Sá, MG, Brazil, comprising the period from 2007 to 2012 were used. The production system consists of crossbred Holstein x Zebu (HZ) cows with a genetic composition ranging from 1/4 HZ to 7/8 HZ. Total revenue per animal, annual profit per cow and variation in profitability were estimated over the years according to genetic composition. The revenue from milk production was greater for 7/8 HZ cows, but the estimated annual profit per cow was only 7.75% of total revenue, followed by 3/4 HZ cows which also exhibited low profit (4.11%). The highest profit was observed for 3/8 HZ cows, followed by 1/4 HZ and 1/2 HZ animals. Inversion of the genetic composition of the herd was observed over the years. In 2007, 64% of cows of the herd were 7/8 HZ, while in 2012, 7/8 HZ cows had been replaced with 1/4 HZ, 3/8 HZ and 1/2 HZ animals, accounting for 90% of all genotypes. Despite the greater production of animals with a higher proportion of Holstein genes, the change to cows with a higher proportion of genes of dairy Zebu breeds increased profitability, a fact that might be attributed to the greater economic efficiency of this genotype...

Análise da relação benefício-custo em sistema de produção de leite com animais mestiços no norte de Minas Gerais / Cost-benefit analysis of a milk production system with crossbred animals in northern Minas Gerais

O estudo foi conduzido com o objetivo de estimar o custo de produção de animais com diferentes proporções de genes da raca holandesa e a rentabilidade anual por vaca em rebanho no Norte de Minas Gerais por meio de simulação. Foram utilizadas as informações do arquivo zootécnico da Fazenda Queluz, situada em Francisco Sá, MG, Brasil, durante o período de 2007 a 2012. O sistema de produção da fazenda consiste de vacas cruzadas Holandês x Zebu (HZ), de composições genéticas variando de 1/4 HZ até 7/8 HZ. A receita total por animal, rentabilidade anual por vaca e variação da rentabilidade foram estimadas no decorrer dos anos, de acordo com a composição genética. As vacas 7/8 HZ apresentaram maior receita com a produção de leite, mas a rentabilidade estimada foi 7,75% da receita total, seguida pelas vacas 3/4 HZ, que também mostraram 4,11% de rentabilidade. Por outro lado, os animais 3/8 HZ tiveram a maior rentabilidade, seguida pelos animais 1/4 HZ e 1/2 HZ. No decorrer dos anos observou-se inversão da composição genética do rebanho. Em 2007, 64% das vacas do rebanho eram 7/8 HZ, e em 2012 os animais 7/8 HZ foram substituídos por animais 1/4 HZ, 3/8 HZ e 1/2 HZ, perfazendo o total de 90% dos genótipos. Apesar da maior produção dos animais com maior proporção de genes da raça holandesa, observou que a mudança do rebanho para vacas com maior proporção de genes de raças zebuínas leiteiras proporcionou aumento da rentabilidade, fato que pode ser atribuído a maior eficiência econômica deste genótipo...(AU)

A simulation study was conducted to estimate the production costs of animals with different proportions of Holstein genes and annual return per cow in a herd from the northern region of Minas Gerais. Data from the zootechnical archive of Fazenda Queluz, Francisco Sá, MG, Brazil, comprising the period from 2007 to 2012 were used. The production system consists of crossbred Holstein x Zebu (HZ) cows with a genetic composition ranging from 1/4 HZ to 7/8 HZ. Total revenue per animal, annual profit per cow and variation in profitability were estimated over the years according to genetic composition. The revenue from milk production was greater for 7/8 HZ cows, but the estimated annual profit per cow was only 7.75% of total revenue, followed by 3/4 HZ cows which also exhibited low profit (4.11%). The highest profit was observed for 3/8 HZ cows, followed by 1/4 HZ and 1/2 HZ animals. Inversion of the genetic composition of the herd was observed over the years. In 2007, 64% of cows of the herd were 7/8 HZ, while in 2012, 7/8 HZ cows had been replaced with 1/4 HZ, 3/8 HZ and 1/2 HZ animals, accounting for 90% of all genotypes. Despite the greater production of animals with a higher proportion of Holstein genes, the change to cows with a higher proportion of genes of dairy Zebu breeds increased profitability, a fact that might be attributed to the greater economic efficiency of this genotype...(AU)

TIPOLOGIA E MODELAGEM DE SISTEMAS DIVERSIFICADOS COM PRODUÇÃO DE OVINOS NO BIOMA CAATINGA

A maioria dos sistemas de produção de pequenos ruminantes no semiárido brasileiro são sistemas mistos associados com outras atividades pecuárias e agrícolas, conduzidos por agricultores familiares. Apesar das características gerais comuns entre os sistemas de produção, existem diferentes tipos de propriedades que produzem ovinos e caprinos no semiárido. A avaliação dos sistemas agropecuários constitui-se em um importante instrumento para o desenvolvimento sustentável desses sistemas. A base da alimentação dos rebanhos no semiárido é a vegetação da Caatinga, que apresenta característica de elevada estacionalidade quanto a produção de biomassa de forragem e de concentração de nutrientes disponíveis para os animais. A utilização da modelagem pode ser uma metodologia eficiente para auxiliar no planejamento e adequação alimentar dos animais ao longo do ano, o que seria aplicável a esse caso. Os objetivos desse estudo foram identificar e caracterizar os tipos de sistemas de produção de ovinos do bioma Caatinga, usando como modelo o município de Tauá-CE, além de avaliar o balanço alimentar dos rebanhos das propriedades modais através da modelagem e propor estratégias de melhoria da utilização dos recursos alimentares. Para a identificação dos tipos de sistemas de produção, foram utilizados os métodos de Componentes Principais e análise de Clusters de um banco de dados de questionários aplicados com produtores de ovinos do município de Tauá. Em seguida, para caracterizar a propriedade modal de cada grupamento, foi aplicada a metodologia de Painel de Especialistas. O balanço alimentar dos rebanhos nas propriedades foi calculado utilizando um modelo elaborado com base nos conceitos e premissas de Webby & Bywater (2017) e ajustado para as condições pastoris da Caatinga de acordo Cavalcante (2015). A produção de ovinos e caprinos nos dois tipos identificadas ocorrem em sistemas mistos de produção com baixa adoção de tecnologias, sendo semelhantes quanto as práticas de manejo e integração com outras atividades agropecuárias. Os tipos se diferenciam por características de renda agropecuária e efetivo dos rebanhos. Em ambos os tipos de sistemas de produção, a bovinocultura de leite é a principal fonte de renda, seguida pelos pequenos ruminantes. Para modelagem, utilizou-se duas propriedades típicas da região: TP1 e TP2. A quantidade de matéria seca (MS) de forragem da TP1 é de 1.244 kg de MS/ha/ano em 85 ha, e na TP2 é de 1.189 kg de MS/ha/ano em 170 ha. Nessas duas propriedades, o rebanho bovino apresenta as maiores proporções das demandas de MS, Energia Metabolizável (EM) e Proteína Metabolizável (PM). O balanço nutricional apresenta saldo negativo de MS, EM e PM nas estações seca e transição seca-chuva nos dois sistemas de produção. O estudo de tipologia forneceu informações úteis para melhor compreender e apoiar formulações de ações de intervenção apropriadas a cada tipo de sistema de produção identificado. A modelagem permitiu verificar que as propriedades modais são bastante semelhantes em relação ao balanço de nutrientes. Para equilibrar o balanço alimentar dos rebanhos é necessário aumentar a quantidade de forragem conservada e ajustar o ciclo anual de demanda de nutrientes dos rebanhos. O modelo desenvolvido poderá auxiliar o produtor do Bioma Caatinga na tomada de decisão tanto em relação ao manejo dos animais, como na definição do melhor período de acasalamento e da quantidade de forragem conservada necessária para períodos de seca.

Most small ruminant production systems in the semi-arid are mixed systems associated with other livestock and agricultural activities, conducted by family farmers. Despite the general characteristics common among the production systems, there are different types of properties that produce sheep and goats in the semi-arid region. The evaluation of agricultural systems is an important instrument for the sustainable development of these systems. The basis of the herds feeding in the semi-arid is the vegetation of the Caatinga Biome, which presents a characteristic of high seasonality regarding the production of forage biomass and nutrient composition available to the animals. The use of modelling is an efficient methodology to assist in the planning and feeding adequacy of animals throughout the year. The objectives of this study were to identify and characterize the types of sheep production systems in Caatinga Biome, taking as a model the municipality of Tauá-CE, and evaluate, for the first time, the feed balance of the herds of different types of production systems. The feed balance was calculated using a model elaborated based on the concepts and premises of Webby & Bywater (2017) and adjusted to the pastoral conditions of the Caatinga according to Cavalcante (2015). For the identification of the types of sheep production systems were used the Principal Components and Cluster Analysis methods of a database of questionnaires applied to sheep producers in the municipality of Tauá. Then, in order to characterize the modal property of each type was applied the Expert Panel methodology. The production of sheep and goats in the two types identified occurs in mixed production systems with low adoption of technologies, being similar in terms of management practices and integration with other agricultural activities. The types differ by agricultural income and size of herds. In both types, dairy cattle is the main source of income, followed by small ruminants. In the modeling, the two typical properties of the region were contrasted. The forage mass of TP1 is 1,244 kg dry matter (DM) / ha / year in 85 ha, and in TP2 it is 1,189 kg DM / ha / year in 170 ha. In both modal properties, the bovine herd has the highest proportions of the demands of DM, EM and PM. The nutritional balance shows a negative balance of DM, EM and PM in the dry seasons and dry-rain transition in both types. The evaluation of the typologies provided useful information to better understand and support formulations of intervention actions appropriate to each type of production system identified. The simulation modeling allowed to verify that the modal properties are quite similar in relation to the nutrient balance. In order to adjust the animals feed balance, it is necessary to increase the amount of forage conserved and adjust the annual cycle of nutrient demand in the flocks and herds. The model developed can assist the Brazilian semi-arid producer in making decisions both in relation to the management of animals, as well as in the definition of the best mating period and the amount of conserved forage needed for drought periods.

Análise econômica de sistemas de produção de bovinos de corte / Economic analysis of production systems of beef cattle

O objetivo deste trabalho foi efetuar análises econômicas de fazendas produtoras de bovinos de corte e compará-las com índices zootécnicos nacionais, em situações mercadológicas variadas de taxas de juros e de valor de aquisição da propriedade rural. Os resultados foram comparados com índices técnicos e produtivos da média nacional e com dois cenários melhorados. Avaliaram-se cinco cenários, sendo três em relação à taxa de juros (6%, 8% e 10% ao ano); e dois em relação ao valor do hectare (-30% e +30%). As fazendas de ciclo completo produtoras de animais de elite apresentaram os melhores resultados econômicos e financeiros. Os melhores resultados das fazendas produtoras de animais de corte foram obtidos nas análises financeiras com -30% no valor do hectare. Conclui-se que o valor do hectare tem maior impacto no sucesso financeiro da propriedade rural em comparação às taxas de juros.

: The objective of this study was to carry out economic analysis of beef cattle farms and to compare them with national zootechnical indexes in marketing situations, varing interest rates and purchase price of farm. The results were compared with technical and productive national indexes and with two improved scenarios. It were evaluated five sets for each farm, three related to the interest rate (6%, 8% and 10% per year), and two related to the cost of hectare (-30% and +30%). The farms with complete cycle system producing animals to reproduction showed the best economic and financial results. The best results of farms producing animals for slaughter were obtained in the financial analyzes with -30% in value of the hectare. With those results it is possible to conclude that the cost of hectare has greater impact on the financial success of the farm in comparison to interest rates.

Análise econômica de sistemas de produção de bovinos de corte / Economic analysis of production systems of beef cattle

O objetivo deste trabalho foi efetuar análises econômicas de fazendas produtoras de bovinos de corte e compará-las com índices zootécnicos nacionais, em situações mercadológicas variadas de taxas de juros e de valor de aquisição da propriedade rural. Os resultados foram comparados com índices técnicos e produtivos da média nacional e com dois cenários melhorados. Avaliaram-se cinco cenários, sendo três em relação à taxa de juros (6%, 8% e 10% ao ano); e dois em relação ao valor do hectare (-30% e +30%). As fazendas de ciclo completo produtoras de animais de elite apresentaram os melhores resultados econômicos e financeiros. Os melhores resultados das fazendas produtoras de animais de corte foram obtidos nas análises financeiras com -30% no valor do hectare. Conclui-se que o valor do hectare tem maior impacto no sucesso financeiro da propriedade rural em comparação às taxas de juros.(AU)

: The objective of this study was to carry out economic analysis of beef cattle farms and to compare them with national zootechnical indexes in marketing situations, varing interest rates and purchase price of farm. The results were compared with technical and productive national indexes and with two improved scenarios. It were evaluated five sets for each farm, three related to the interest rate (6%, 8% and 10% per year), and two related to the cost of hectare (-30% and +30%). The farms with complete cycle system producing animals to reproduction showed the best economic and financial results. The best results of farms producing animals for slaughter were obtained in the financial analyzes with -30% in value of the hectare. With those results it is possible to conclude that the cost of hectare has greater impact on the financial success of the farm in comparison to interest rates.(AU)

GENOMICS METHODOLOGIES TO ACCESS AUTOZYGOSITY AND INBREEDING IN DAIRY CATTLE

Para alcançar a demanda crescente de produtos de origem animal a cadeia de produção de leite tem mudado constantemente nos últimos 20 anos. Por exemplo, o melhoramento genético de bovinos de leite tem aumentado o ganho genético de inúmeras características de qualidade e produtividade. Porém, o intenso uso de um pequeno número de reprodutores e a inseminação artificial nos programas de melhoramento genético tem aumentado também o nível de endogamia dessas populações. Altos índices de endogamia têm sido relacionados com a redução no desempenho produtivo e reprodutivo. Atualmente, em bovinos da raça Holandesa, é praticamente impossível encontrar animais sem algum nível de endogamia. O interesse em estimar coeficientes de endogamia com informação genômica apareceu com o advento da tecnologia de genotipagem utilizando milhares de marcadores. Por exemplo, tem sido aplicada em bovinos de leite a estimativa de endogamia através das corridas de homozigose (ROH). Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da seleção com o acasalamento preferencial positivo sobre a depressão endogâmica em diferentes populações simuladas de bovinos leiteiros, diferentes em desequilíbrio de ligação (LD). Além disso, esta tese avaliou o uso de dados genômicos simulados para investigar muitos aspectos e cenários de endogamia e autozigose em populações de bovinos de leite. Portanto, o objetivo também foi em avaliar a habilidade do método da janela de SNPs e do método de SNPs consecutivos para determinação de ROH e o seu acesso à autozigosidade e ao coeficiente de endogamia genômica em populações simuladas de bovinos taurinos e indianos. A avaliação foi aplicada em populações simuladas de bovinos leiteiros diferentes em níveis de desequilíbrio de ligação (LD). Utilizando o software QMSim, as populações foram simuladas pelo processo forward-in-time. Os parâmetros foram escolhidos para gerar populações com características similares às raças leiteiras taurinas e zebuínas. Foram simulados 93 QTLs relacionados à produção de leite, e aleatoriamente distribuídos em 29 autossomos de Bos taurus. Para criar alto e baixo desequilíbrio de ligação foi realizado um afunilamento na população histórica, 1.020 ou 2.020 gerações foram simuladas iniciando com um tamanho efetivo de 1.000 e terminando com 200 animais no final do ciclo. Para fundar 20 gerações em 5 cenários diferentes para cada nível de desequilíbrio de ligação, as populações foram simuladas com diferentes sistemas de acasalamento e critérios de seleção. A seleção foi feita baseada nos valores genéticos estimados pelo método BLUP ou pelo valor genético verdadeiro estimado com o efeito dos QTLs. A média de endogamia de cada geração foi estimada pelo próprio QMSim e associado com o nível de depressão endogâmica para produção de leite encontrado na literatura. Da última geração da população histórica, para gerar o genótipo para a seleção, foram aleatoriamente selecionados 50.000 marcadores da população (MAF 0,02), estes dados imitam os painéis utilizados comumente para genotipar bovinos. As corridas de homozigose foram obtidas por duas diferentes metodologias do pacote detecRUNS do programa R para 1.000 animais nas gerações 1, 5, 10, 15 e 20. O primeiro, o método das janelas consecutivas de SNPs, escaneia cada SNP ao longo do genótipo de cada animal para a detecção de segmentos em homozigose de acordo com um tamanho de corridas de homozigose e um número mínimo de SNPs em homozigose. O segundo, o método consecutivo, não utiliza as janelas para evitar a determinação de falsos ROH, menores que a janela. O coeficiente de endogamia baseado nas corridas de homozigose (FROH) é definido como a proporção de corridas de homozigose em relação ao genoma total do indivíduo. Os níveis mais altos de endogamia foram obtidos nos cenários com acasalamento preferencial positivo, e variaram de 0,2 a 0,36 na vigésima geração de seleção. O uso intenso de um pequeno número de touros em vinte gerações de seleção poderia causar perda entre 6,98 e 7,20% na produção de leite nos piores cenários. Em geral, para os cenários imitando o acasalamento dirigido, e minimizando a endogamia, o aumento no nível médio de endogamia de ~3% e ~8% diminui ~0,6 e ~1,8% a produção de leite aos 305 dias respectivamente. A seleção intensa para uma característica pode incrementar rapidamente os níveis do coeficiente de endogamia para valores críticos em populações com baixo e alto desequilíbrio de ligação inicial. Sistemas de acasalamento dirigido podem ser aplicados para a manutenção de baixos níveis de endogamia e consequentemente controlar a depressão endogâmica. Em geral, o maior número de corridas de homozigose nas gerações de 1 a 20 estão na classe com comprimento variando entre 1-2 Mb. A porcentagem de corridas de homozigose diminuíram com o passar das gerações para a classe 1-2 Mb de comprimento. No entanto, a porcentagem de corridas de homozigose aumentou da primeira para a vigésima geração na classe > 8 Mb nas diferentes populações e metodologias utilizadas para a detecção de ROH. A média do comprimento de ROH na classe 1-2 Mb é maior para populações taurinas comparadas às populações indianas. No entanto, para a classe > 8 Mb, a população indiana geralmente possui um média maior no comprimento da corrida de homozigose. O coeficiente de endogamia baseado no pedigree (FPED) aumentou ao longo das 20 gerações simuladas para as populações taurinas e indianas. Porém, os coeficientes de endogamia genômicos baseados nas corridas de homozigose (FROH), detectados pelas diferentes metodologias, são diferentes entre as populações taurinas e indianas. Estes resultados sugerem que FROH calculado a partir das corridas de homozigose, obtidas em ambas metodologias, é capaz de acessar a autozigosidade muito antiga. A detecção de corridas de homozigose, pelo método das janelas ou dos SNPs consecutivos, são metodologias importantes para acessar endogamia recente ou mais antiga. A estimativa de endogamia genômica baseada nas corridas de homozigose é capaz de demonstrar eventos evolutivos que diferenciam algumas raças de bovinos.

To achieve the livestock products demand, the milk productive chain has been changed constantly over the last 20 years. For instance, dairy cattles breeding has been improving many milk quality and productivity traits. But, the heavy use of a small number of sires and the artificial insemination practice on breeding programs has been increasing the dairy cattle inbreeding. Besides that, these high levels have been related to reduced fitness and reproductive performance. In Holstein dairy cattle it is almost impossible to find individuals without some level of inbreeding. The interest to estimate inbreeding coefficients with genomic information appears with the advent of high throughput genotyping technologies. For instance, was applied in dairy cattle the estimation of inbreeding coefficient with runs of homozygosity (ROH). Therefore, the aim of this study was to evaluate the effect of selection with assortative positive mating on inbreeding depression considering simulated dairy cattle populations distinguished by linkage disequilibrium (LD). In addition, this thesis evaluated the use of genomic simulated data to investigate many aspects and scenarios of inbreeding and autozygosity under dairy cattle populations. Thus, also the aim of was to evaluate the ability of sliding and consecutive ROH approach to detect and express autozygosity and genomic inbreeding coefficient (FROH) in taurine and indicine simulated populations with twenty generations of assortative positive mating. The evaluation was applied in dairy cattle populations distinguished by linkage disequilibrium (LD). Using the QMSim software, the populations were simulated based on forward-in-time process. The parameters were chosen to try and generate a population with similar characteristics of taurine and indicine dairy cattle. Were simulated 93 milk yield QTLs randomly distributed on 29 autosomal chromosomes of Bos taurus. To create a high and low level of initial linkage disequilibrium were made a bottleneck in the historical population, 1,020 or 2,020 generations were simulated starting from an effective population of 1,000 to 200 animals at the end of the cycle. To found 20 generations of five different scenarios for each level of LD, the populations were simulated with a different mating system and selection criteria. The selection was based on breeding values estimated with BLUP method or, the true breeding value estimated with the effect of QTLs. Each generation inbreeding mean was estimated by QMSim and associated with the level of inbreeding depression of milk yield found in the literature. From the last generation of the historical population, to generate genotypic data for the selection, the individuals were randomly selected with a total of 50,000 markers (MAF 0.02), these data mimicked the commonly SNP panel used to genotype cattle. The runs of homozygosity were obtained by two different methodologies in the detectRUNS package of R software for 1,000 individuals of generations 1, 5, 10, 15, and 20. At first, the sliding window method scans along everyones genotype, at each SNP marker position, for detection of homozygous segments with a specified length or number of homozygous SNPs. At second, the consecutive method does not use the sliding windows to avoid the introduction of artificial ROH that are shorter than the window. Inbreeding coefficient based on ROH (FROH) is a genomic portion of individual autozygosity and defined it as the proportion of the autosomal genome lying in ROH of certain minimal length relative to the overall genome in interest. The highest inbreeding levels, varying from 0.2 to 0.36, in the twentieth generation were obtained for positive assortative mating systems. The intense use of a few numbers of sires in twenty generations of selection may cause a loss between 6.98 and 7.20% on milk yield in the worst scenarios. In general, for minimizing inbreeding scenarios, the average level inbreeding increasing of ~3 and ~8% in the twenty generations of selection decreases ~0.6 and ~1.8% the milk yield at 305 days respectively. The intensive selection for one trait could rapidly increase the average inbreeding coefficient on critical levels in populations with high and low initial LD. Non-random mating systems must be applied to control inbreeding levels and consequently inbreeding depression. In general, the class of 1-2 Mb length size has the highest number of ROH across all evaluations on generations 1, 5, 10 and 20. The percentage of ROH class 1-2 Mb decreases from generation 1 to 20. Nevertheless, the percentage of ROH class >8 increase across the twenty generations of selection in the distinguished populations and ROH detection methodologies. The mean ROH length in the class 1-2 Mb is higher for taurine than to indicine simulated population. Otherwise, for the class >8 Mb the indicine generally has higher mean ROH length. The inbreeding coefficient level based on pedigree (FPED) increases across the twenty simulated generations for taurine and indicine populations. But, genomic inbreeding coefficients based on ROH detected by sliding approach (FROHs) and ROH detected with the consecutive approach (FROHc) are different among these two populations. These results suggest that FROH from both methods to access ROH can detect ancient and recent autozygosity. Genomic inbreeding estimates based on ROH segments can represent and evolutionary events which distinguish some breeds.

Análise bioeconômica de sistemas produtivos de ciclo completo na raça Aberdeen Angus

O presente estudo foi desenvolvido com o objetivo de determinar os ponderadores econômicos de características de produção e reprodução, de animais da raça Aberdeen Angus, baseados em um sistema de produção de ciclo completo. Foi desenvolvido um modelo bioeconômico para simular o sistema de produção dos criadores participantes do programa de melhoramento Promebo®. Através deste modelo desenvolvido baseado nos custos e receitas da simulação de propriedades, foi possível a obtenção dos valores econômicos para as características elegidas como de interesse num sistema de produção, ganho de peso do nascimento a desmama, ganho de peso da desmama ao sobreano, taxa de sobrevivência, taxa de perda gestacional e taxa reprodutiva, que obtiveram os valores de R$ 0,96; 1,37; 41,64; 40,68 e 5,35, respectivamente. As características relacionadas a reprodução tiveram maior valor econômico frente aos caracteres ponderais. As características reprodutivas devem estar presentes na seleção de programas de melhoramento, visando a obtenção de maior rentabilidade nos rebanhos.

This studys goal was to provide breeders and Promebos® genetic materials users, of the Aberdeen Angus breed, economic weights applicable to genetic assessments for production and reproduction characteristics, based on a full cicle livestock. It was developed a bioeconomical model to simulate the chain system of the identified properties participating in the Promebo® breeding program. Through this model developed based on the property simulation costs and recipes, it was possible to obtain economic values to characteristics chosen as of interest in a production system, weaning weight, weight at 550 days, survival rate, pregnancy lost rate and reproductive rate, which obtained the respective values R $ 0.96; 1.37; 41.64; 40.68; 5.35. The characteristics to reproduction had a higher economic value compared to the weights characters. The reproductive characteristics, even though present low heritability, should be presente in the breeding programs selection, aiming to obtain a bigger rentability in the herds.