Intelligent multi-modeling reveals biological relationships and adaptive phenotypes for dairy cow adaptation to climate change

A adaptação dos animais ao estresse térmico envolve diversas variáveis ​​e mecanismos adaptativos. Esses mecanismos são complexos e interconectados, envolvendo interações e dependências lineares e não lineares. Neste estudo, desenvolvemos uma metodologia sistemática com modelos multivariados e algoritmos de aprendizado de máquina para ( i ) modelar padrões complexos de relações ou diferenças multifenotípicas entre o ambiente térmico e as respostas termorregulatórias, hormonais, bioquímicas, hematológicas e produtivas; e (ii ) identificar associações potenciais entre relações biológicas que podem estar subjacentes a padrões fenotípicos compartilhados e específicos de respostas adaptativas. Trinta vacas multíparas lactantes clinicamente saudáveis, com escore de condição corporal 3-4, sob as mesmas condições de manejo nutricional, sanitário e reprodutivo, foram utilizadas no estudo. Uma matriz de correlação simples revelou correlações fracas ou inexistentes entre as variáveis. No entanto, quando a análise de correlação canônica foi utilizada, 12 das 15 correlações canônicas avaliadas foram significativas ( p < 0,05). Níveis moderados de correlações canônicas (0,300 ≤
≤ 0,628) e baixos valores de correlação canônica ao quadrado (0,141 ≤
≤ 0,384) entre indicadores (ambiente térmico, respostas termorregulatórias, bioquímica, perfil hormonal, respostas hematológicas e composição do leite) foram relatados. Excepcionalmente, o par ambiente térmico × bioquímica demonstrou valores notavelmente altos (
= 0,8468 e
= 0,7171). A análise biológica identificou sete mecanismos distintos, cada um associado a funções biológicas específicas e efeitos do clima sobre características fisiológicas e produtivas. 1 ) Características sanguíneas estavam relacionadas a todos os componentes do leite; 2 ) O metabolismo lipídico e energético, bem como a função renal, estão relacionados à regulação da temperatura corporal e à composição do leite; 3 ) A imunidade e os hormônios da tireoide estão relacionados à carga térmica radiante; e 4 ) A homeostase é o equilíbrio orgânico mantido entre as funções termorregulatórias, hormonais, hematológicas, produtivas e bioquímicas, que são influenciadas por variáveis ​​ambientais. A aplicação do método de floresta aleatória para classificar as previsões de respostas adaptativas com base em variáveis ​​climáticas mostrou que todas as respostas termorregulatórias, hormonais, bioquímicas e hematológicas são importantes, exceto as concentrações de ureia e T₃, que apresentaram valores de importância negativos. Concluímos que a adaptação resulta da integração entre o metabolismo energético e lipídico, a função renal, o perfil hormonal e as respostas termorregulatórias, hematológicas e produtivas. Por fim, recomendamos a utilização de múltiplos modelos para revelar a complexidade dos mecanismos de adaptação e identificar biomarcadores que possam ser usados ​​para monitorar os rebanhos leiteiros, a fim de empregar estratégias que mitiguem os impactos das mudanças climáticas nos animais e promovam a sustentabilidade da produção animal.