Biomarkers to predict fertility in dairy cattle

Abstract

Negative energy balance and inflammation are the major factors to affect fertility of dairy cattle. The aim of this study was to establish a set of biomarkers allowing the prediction of pregnancy to first artificial insemination (AI) of dairy cows. Blood was collected from 111 multiparous Holstein cows at three different time points: T1 (2 weeks prepartum), T2 (1 week postpartum), and T3 (3 weeks postpartum). Plasma was analyzed for 18 different metabolites and hormones using autoanalyzer or ELISA. Significant variables and their cut-off values were determined by ROC curve analysis, and those with AUC > 0.6 (P < 0.05) were submitted to a multivariate logistic regression model with backward algorithm. Pregnancy rate to first AI was 43.2% (48/111). Insulinlike growth factor 1 (IGF1), non-esterified fatty acids (NEFA), ceruloplasmin, alkaline phosphatase, insulin, urea and triglycerides had AUC > 0.6 (P < 0.05) in predicting pregnancy on at least one of the three time points. The adjusted odds of successful pregnancy to first AI were 3.8 (P = 0.0045) times greater in cows with T1 IGF-1 concentrations > 86.26 ng/mL; 3.8 (P = 0.0050) times greater in cows with T2 insulin concentrations > 0.45 ng/mL and 4.2 (P = 0.0030) and 5.1 (P = 0.0007) times greater in cows with T3 urea concentration > 4.52 mmol/L and triglyceride concentrations > 0.21 mmol/L respectively. The multivariable logistic regression model discriminating cows with successful and unsuccessful first AI generated area under the ROC curve of 0.80 (95% CI = 0.71-0.87, P < 0.0001). The results suggest that plasma IGF1, insulin, urea and triglycerides provide a set of biomarkers for prediction of success to first AI.

Negatiivne energiabilanss ja põletik on peamised piimaveiste tiinestumist mõjutavad tegurid. Selle uuringu eesmärk oli luua biomarkerite komplekt, mis võimaldaks prognoosida lüpsilehmade tiinestumist poegimisjärgselt esimesest seemendusest. Verproovid koguti 111 korduvpoeginud holsteini tõugu lehmalt kolmel erineval ajahetkel: A1 (2 nädalat enne poegimist), A2 (1 nädal pärast poegimist) ja A3 (3 nädalat pärast poegimist). Vereplasmast määrati 18 erineva metaboliidi ja hormooni kontsentratsioonid. Olulised muutujad ja nende piirväärtused määrati ROC kõvera analüüsiga ning need, mille AUC ≥ 0,6 (P < 0,05), analüüsiti mitmeparameetrilise logistilise regressioonanalüüsi mudeliga. Tiinestumine esimesest seemendamisest oli 43,2% (48/111). Insuliinisarnase kasvufaktor 1 (IGF1), esterifitseerimata rasvhapete, tseruloplasmiini, aluselise fosfataasi, insuliini, uurea ja triglütseriidide prognostiline täpsus tiinestumise ennustamisel oli vähemalt ühel kolmest ajahetkest ≥ 0,6 (P < 0,05). Mitmeparameetrilisest logistilise regressioonanalüüsi mudelist selgus, et lehmade tiinestumise šanss esimesest seemendamisest oli 3,8 (P=0,0045) korda suurem kui A1 IGF-1 kontsentratsioon oli >86,26 ng/ml; 3,8 (P = 0,0050) korda suurem kui A2 insuliini kontsentratsioon oli > 0,45 ng/ml; 4,2 (P = 0,0030) ning 5,1 (P = 0,0007) korda suurem kui A3 uurea ja triiglütseriidide kontsentratsioon oli vastavalt > 4,52 mmol/L ja > 0,21 mmol/L. Antud mudeli täpsus esimsest seemendamisest tiinestumise prognoosimisel (ROC kõvera alune pindala) oli 0,80 (95% CI = 0,71-0,87, P < 0,0001). Tulemused näitasid, et plasma IGF1, insuliin, uurea ja triglütseriidid moodustavad biomarkerite komplekti tiinestumise ennustamiseks esimesest seemendamisest.