employee
Russian Federation
employee
Russian Federation
GRNTI 68.03 Сельскохозяйственная биология
The results of a comparative analysis of the microbiota of the rumen of four groups of dairy cows of the Kholmogory breed of the Tatarstan type, belonging to LLC “Agrofirma Rassvet” of Kukmorsky district of the Republic of Tatarstan, are given. The first group of animals was control, and the second, third and fourth - experienced. The animals of the control group received the basic economic diet of feeding. The animals of the experimental groups are experimental feed supplement in the amount of 100, 150 and 200 g per head per day, respectively, in the morning feeding. The experimental feed additive in its composition contains enzymes, probiotic microorganisms, L-carnitine and sapropel taken in a certain ratio. The composition of the experimental fodder additive is developed, and its required quantity is produced in Tatar Scientific Research Institute of Agriculture. Analysis of the rumen microflora was performed by sequencing the 16S pPHK gene on the IlluminaMiSec platform at the Kazan (Volga) Federal University. The resulting metagenomic data was analyzed using a QIIME pipeline using the Greengenes v.13.8 database and the RDP Classifier. Studies have established that the use of cows in the diets of feeding an experimental feed additive did not have a visible effect on the composition of the rumen microflora as a whole, but it affected the content of important functional groups of the microorganisms of the genera Fibrobacter, Ruminococcus, Anaeroplasma and Ruminobacter, which ensure carbohydrate metabolism and its intensity. The difference in the Shannon index gives grounds to believe that there is a possible dependence of the productive effect of the test feed additive on the uniformity of the distribution of bacteria in the rumen of the animals themselves. The article was prepared within the framework of state task AAAA-A18-118031390148-1.
cow, feed, digestion, microbiota, sequencing, DNA, metagen
Повышение молочной продуктивности животных тесно связано с нормальным течением физиологических процессов в их организме, важнейшая роль среди которых принадлежит процессам пищеварения [1].
В связи с анатомо-морфологическим строением пищеварительного аппарата жвачных животных, обуславливающим своеобразие физиологических функций организма, наличие богатой микрофлоры и микрофауны в преджелудках, способствующей разложению большого количества растительного корма, они имеют характерные, присущие только им особенности процессов пищеварения [2, 3].
Рубец имеет большое значение в пищеварении жвачных. Исследования показали, что в нем переваривается до 70% сухого вещества рациона, причем это происходит без участия пищеварительных ферментов. Расщепление клетчатки и других питательных веществ корма осуществляется ферментами микроорганизмов, содержащихся в преджелудке. В нем протекают сложные микробиологические и биохимические процессы. Они и определяют молочную продуктивность животных, качество и технологические свойства получаемого от них молока-сырья во многом влияют на гомеостаз организма в целом, биохимические показатели крови, в частности и др. [4, 5, 6, 7]
Многие бактерии рубца являются строгими анаэробами и работа с ними не возможна в обычных лабораториях, даже с целью фундаментальных исследований. Кроме того, как недавно было показано зарубежными специалистами, значительная часть микроорганизмов рубца представлена некультивируемыми видами (нежизнеспособными при культивировании на искусственных питательных средах), однако активными в процессах рубцовой ферментации. Для их идентификации следует применять современные методы, с применением которых, во многом, и получен материал, анализ которого представлен в статье [8, 9, 10, 11].
В последнее годы наблюдается значительное развитие подходов к секвенированию, направленных на изучение микробного сообщества. Эти подходы играют важную роль в мониторинге и сравнении большого количества образцов. Применение методов секвенирования нового поколения в анализе микробиологических сообществ расширяет наши знания и понимание сложности и разнообразия целого ряда экосистем [12, 13].
Условия, материалы и методы исследований. Исследования выполнены в ТатНИИСХ ФИЦ КазНЦ РАН, Казанском (Приволжском) федеральном университете, ООО «Агрофирма Рассвет» Кукморского района Республики Татарстан на дойных коровах холмогорской породы татарстанского типа. Исследование продолжалось с 27 по 90 день
лактации до завершения периода раздоя. Животных разделили на четыре группы по 20 голов в каждой. Коровы содержались на привязи. Дойные коровы первой (контрольной) группы получали основной хозяйственный рацион (ОР). Животные второй, третьей, четвертой (опытных) групп дополнительно к ОР получали экспериментальный кормовой концентрат. Данный концентрат состоял из комплекса ферментов, пробиотических микроорганизмов, L-карнитина, сапропеля, взятых в определенном соотношении, в количестве 100, 150 и 200 г на одну голову в сутки соответственно, который скармливали отдельно, как самостоятельный компонент рациона в утреннее кормление. Состав экспериментального кормового концентрата разработан, а его необходимое количество произведено в ТатНИИСХ ФИЦ КазНЦ РАН.
Содержимое рубца у животных брали по общепринятой в ветеринарии методике [14] после завершения периода скармливания экспериментального кормового концентрата (на 91 день лактации). Из полученного рубцового содержимого выделили ДНК содержащейся в ней микробиоты модифицированным фенольным методом, подготовили библиотеки и секвенировали по гену 16S pРНК на платформе IlluminaMiSec. Полученные метагеномные данные анализировали с помощью QIIME pipeline с использованием базы данных Greengenes v.13.8 и RDP Classifier. Указанные исследования проведены в Казанском (Приволжском) федеральном университете (А.М. Харченко, студент магистрант; Т.В. Григорьева, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник).
1. Belekhov G.P., Chubinskaya A.A. Mineralnoe i vitaminnoe pitanie selskokhozyaystvennykh zhivotnykh. [Mineral and vitamin nutrition of farm animals]. L.: Kolos, 1965. P. 86.
2. Kiselev S., Petukhov M. High-grade feeding of cows. [Polnotsennoe kormlenie korov]. / Zhivotnovodstvo Rossii. - Livestock of Russia. 2005. №6. P. 47-48.
3. Kurilov N. V., Krotkova A.P. Fiziologiya i biokhimiya pischevareniya zhvachnykh. [Digestion physiology and biochemistry of ruminants]. M.: Kolos, 1971. P. 431.
4. Grigorev V.S., Bakaeva L.N. Growth and biological features of calves with different feeding methods. [Rostovye i biologicheskie osobennosti telyat pri raznykh metodakh kormleniya]. / Izvestiya Samarskoy GSKhA. – News of Samara SAU. 2012. №1. P. 103-107.
5. Effektivnost ispolzovaniya simmentalskogo i limuzinskogo skota dlya proizvodstva govyadiny pri chistoporodnom razvedenii i skreshchivanii: monografiya. [Efficiency of the use of Simmental and Limousine livestock for the production of beef with thoroughbred breeding and crossing: monograph]. / V. I. Kosilov, A. I. Kuvshinov, E. F. Mufazalov and others. Orenburg: Izdatelskiy tsentr OGAU, 2005. P. 246.
6. Oguy V.G., Afanaseva A.I., Katamanov S.G. Adaptivnye metody kormleniya korov v sukhostoynyy period. [Adaptive methods of feeding cows in the dry period]. Barnaul : AGAU, 2007. P. 155.
7. Influence of the experimental feed additive on the activity of serum enzymes and indices of cows scar tissue. [Vliyanie eksperimentalnoy kormovoy dobavki na aktivnost fermentov syvorotki krovi i pokazateli rubtsovoy zhidkosti korov]. / E.O Krupin, Sh.K. Shakirov, T.V. Zharekhina, M.Sh. Tagirov // Vestnik Kazanskogo GAU. – The Herlad of Kazan SAU. 2018. №2 (49). P. 39-42.
8. Pogosyan D.G., Chudaykin V.V. Disintegration of protein in the rumen of gobies with physical methods of processing feeds. [Raspadaemost proteina v rubtse bychkov pri fizicheskikh sposobakh obrabotki kormov]. / Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. – The Herald of Altai State Agrarian University. 2011. № 6 (80). P. 64-67.
9. Tarakanov B.V. Metody issledovaniya mikroflory pischevaritelnogo trakta selskokhozyaystvennykh zhivotnykh i ptitsy. [Methods for studying the microflora of the digestive tract of agricultural animals and poultry]. M.: Nauchnyy mir, 2006. P. 188.
10. Hungate R.E. A roll tube method for cultivation of strict anaerobes. In: Norris J. R., Ribbons D. W. (eds). Methods in microbiology, vol. 3B. Academic Press, London and New York, p. 117—132, 1969.
11. Web based phylogenetic assignment tool for analysis of terminal restriction fragment length polymorphism profiles of microbial communities / A.D. Kent, D.J. Smith, B.J. Benson, E.W. Triplett // Appl. Environ. Microbiol. 2003. Vol. 69. P. 6768-6776.
12. Evaluation of 16S rRNA Gene Primer Pairs for Monitoring Microbial Community Structures Showed High Reproducibility within and Low Comparability between Datasets Generated with Multiple Archaeal and Bacterial Primer Pairs / M. A. Fischer, S. Güllert, S. C. Neulinger, W. R. Streit, R. A. Schmitz // Frontiers in Microbiology. 2016. V.7. 1297 p.
13. Comparison of rumen bacteria distribution in original rumen digesta, rumen liquid and solid fractions in lactating Holstein cows / Sh. Ji, H. Zhang, H. Yan, A. Azarfar, H. Shi, G. Alugongo, Sh. Li, Zh. Cao, Y. Wang // Journal of Animal Science and Biotechnology. 2017. V.8. 16p.
14. Metody veterinarnoy klinicheskoy laboratornoy diagnoctiki: Spravochnik. [Methods of veterinary clinical laboratory diagnosis: Handbook]. / Kondrakhin I.P., Arkhipov A.V., Levchenko V.I., Talanov G.A., Frolova L.A., Novikov V.E. M.: Kolos. 2004. P. 520.
15. Uyeno Y., Shigemori S., Shimosato T. Effect of Probiotics/Prebiotics on Cattle Health and Productivity / Microbes and Environments. 2015. V.30, N2. P. 126-132.
16. Béra-Maillet C., Ribot Y., Forano E. Fiber-Degrading Systems of Different Strains of the Genus Fibrobacter / Applied and Environmental Microbiology. 2004. V.70. P. 2172-2179.
17. Effects of Nitrate Addition on Rumen Fermentation, Bacterial Biodiversity and Abundance / L. Zhao, Q. Meng, L. Ren, W. Liu, X. Zhang, Y. Huo, Z. Zhou // Asian-Australasian Journal of Animal Sciences. 2015. V.28. P. 1433-1441.
18. Pristenochnaya mikroflora kishechnika. [Parietal microflora of the intestine]. / I. D. Loranskaya, M. N. Boldyreva, O. A. Lavrenteva, E. V. Mulukhova. Moskva: Prima Print, 2015. P.100.
