Место обитания как определяющий фактор формирования микробиома рубца у северных оленей в арктической России

Автор: Ильина Л.А., Лайшев К.А., Йылдырым Е.А., Филиппова В.А., Дуняшев Т.П., Дубровин А.В., Соболев Д.В., Новикова Н.И., Лаптев Г.Ю., Южаков А.А., Романенко Т.М., Вылко Ю.П.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Северное оленеводство

Статья в выпуске: 6 т.54, 2019 года.

Бесплатный доступ

Северный олень ( Rangifer tarandus ) географически изолирован от других подвидов жвачных семейства Cervidae , что предполагает формирование специфических микробных сообществ рубца у этого вида. Известно, что приуроченность к определенным экологическим условиям может оказывать значимое влияние на состав микробиоты рубца жвачных. В настоящей работе с применением молекулярно-биологического анализа впервые показано, что одним из ключевых факторов, влияющих на состав микробиома рубца у северного оленя, служит место обитания. Цель работы состояла в оценке региональных и половозрастных особенностей микробиома рубца северных оленей из различных природно-климатических зон Российской Федерации с использованием T-RFLP-анализа (terminal restriction fragment length polymorphism) и количественной ПЦР. Объектом исследования были 58 особей северных оленей ненецкой породы - телята (4-8 мес) и взрослые особи. Содержимое рубца северных оленей отбирали в летне-осенний период 2017 года ( n ≥ 3 из каждой возрастной группы) в Ямало-Ненецком автономном округе (АО) (п.г.т. Харп, лесотундровая природно-климатическая зона), Ненецком АО (п. Нельмин-Нос, тун-дровая природно-климатическая зона) и Мурманской области (ст. Лопарская, тундровая природно-климатическая зона). Также для анализа были отобраны образцы пастбищной растительности, составлявшие основу рациона северных оленей в каждом регионе. Общее количество бактерий, архей и грибов класса Neocallimastigales в содержимом рубца анализировали методом количественной ПЦР, состав бактериального сообщества - методом Т-RFLP. Основным детерминантом всех компонент микробного сообщества рубца северных оленей оказались региональные условия обитания, что, по всей видимости, обусловлено различиями в составе пастбищного рациона и эпизоотической ситуацией в стаде. Наименьшее сходство с другими регионами по составу содержимого рубца было выявлено у образцов из Мурманской области. Половозрастные различия животных оказались менее значимыми, однако вносили определенный вклад в соотношение микроорганизмов в рубце. Выявленные изменения микробиоты были неодинаковы у особей из разных регионов. Так, у северных оленей старше 2 лет из Мурманской области и Ямало-Ненецкого АО наблюдалось достоверное увеличение численности бактерий (p function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }

Еще

T-rflp-анализ, количественная пцр, микробиом рубца, северный олень, российская арктика

Короткий адрес: https://sciup.org/142226277

IDR: 142226277   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2019.6.1177rus

Список литературы Место обитания как определяющий фактор формирования микробиома рубца у северных оленей в арктической России

  • Sundset M.A., Præsteng K.E., Cann I.K.O., Mathiesen S.D., Mackie R.I. Novel rumen bacterial diversity in two geographically separated sub-species of reindeer. Microb. Ecol., 2007, 54(3): 424-438 ( ). DOI: 10.1007/s00248-007-9254-x
  • Malmuthuge N., Guan L.L. Gut microbiome and omics: a new definition to ruminant production and health. Animal Frontiers, 2016, 6(2): 8-12 ( ). DOI: 10.2527/af.2016-0017
  • Matthews C., Crispie F., Lewis E., Reid M., O'Toole P.W., Cotter P.D. The rumen microbiome: a crucial consideration when optimising milk and meat production and nitrogen utilisation efficiency. Gut Microbes, 2019, 10(2): 115-132 ( ). DOI: 10.1080/19490976.2018.1505176
  • Hackmann T.J., Spain J.N. Invited review: ruminant ecology and evolution: perspectives useful to ruminant livestock research and production. Journal of Dairy Science, 2010, 93(4): 1320-1334 ( ). DOI: 10.3168/jds.2009-2071
  • Morgavi D.P., Kelly W.J., Janssen P.H., Attwood G.T. Rumen microbial (meta)genomics and its application to ruminant production. Animal, 2013, 7(1): 184-201 ( ). DOI: 10.1017/S1751731112000419
  • The ruminant animal: Digestive physiology and nutrition /D.C. Church (ed.). Prentice Hall, New Jersey, 1993.
  • Hungate R.E. The rumen and its microbes. Academic Press, NY, 1966.
  • Grilli D.J., Fliegerová K., Kopečný J., Lama S.P., Egea V., Sohaefer N., Pereyra C., Ruiz M.S., Sosa M.A., Arenas G.N., Mrázek J. Analysis of the rumen bacterial diversity of goats during shift from forage to concentrate diet. Anaerobe, 2016, 42: 17-26 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.anaerobe.2016.07.002
  • Mathiesen S.D., Mackie R.I., Aschfalk A., Ringø E., Sundset M.A. Microbial ecology of the gastrointestinal tract in reindeer - changes through season. In: Microbial ecology of the growing animal; Biology of the growing animals. V. 3 /W. Holzapfel, P. Naughton (eds.). Elsevier Press, Oxford: 73-100.
  • Henderson G., Cox F., Ganesh S., Jonker A., Young W., Global Rumen Census Collaborators, Janssen P.H. Rumen microbial community composition varies with diet and host, but a core microbiome is found across a wide geographical range. Sci. Rep., 2015, 5: 14567 ( ).
  • DOI: 10.1038/srep14567
  • Aagnes T.H., Sørmo W., Mathiesen S.D. Ruminal microbial digestion in free-living, in captive lichen-fed, and in starved reindeer (Rangifer tarandus tarandus) in winter. Appl. Environ. Microbiol., 1995, 61(2): 583-591.
  • de la Fuente G., Belanche A., Girwood S.E., Pinloche E., Wilkinson T., Newbold C.J. Pros and cons of Ion-Torrent next generation sequencing versus Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism T-RFLP for studying the rumen bacterial community. PLoS ONE, 2014, 9(7): e101435 ( ).
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0101435
  • Wang L., Xu Q., Kong F., Yang Y., Wu D., Mishra S., Li Y. Exploring the goat rumen microbiome from seven days to two years. PLoS ONE, 2016, 11(5): e0154354 ( ).
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0154354
  • Peng S., Yin J., Liu X., Jia B., Chang Z., Lu H., Jiang N., Chen Q. First insights into the microbial diversity in the omasum and reticulum of bovine using Illumina sequencing. J. Appl. Genetics, 2015, 56(3): 393-401 ( ).
  • DOI: 10.1007/s13353-014-0258-1
  • Elekwachi C.O., Wang Z., Wu X., Rabee A., Forster R.J. Total rRNA-Seq analysis gives insight into bacterial, fungal, protozoal and archaeal communities in the rumen using an optimized RNA isolation method. Front. Microbiol., 2017, 8: 1814 ( ).
  • DOI: 10.3389/fmicb.2017.01814
  • Gruninger R.J., Sensen C.W., McAllister T.A., Forster R.J. Diversity of rumen bacteria in Canadian cervids. PLoS ONE, 2014, 9(2): e89682 ( ).
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0089682
  • Zielińska S., Kidawa D., Stempniewicz L., Łoś M., Łoś J.M. New insights into the microbiota of the Svalbard Reindeer Rangifer tarandus platyrhynchus. Front. Microbiol., 2016, 7: 170 ( ).
  • DOI: 10.3389/fmicb.2016.00170
  • Лаптев Г.Ю., Новикова Н.И., Ильина Л.А., Йылдырым Е.А., Нагорнова К.В., Думова В.А., Солдатова В.В., Большаков В.Н., Горфункель Е.П., Дубровина Е.Г., Соколова О.Н., Никонов И.Н., Лебедев А.А. Нормы содержания микрофлоры в рубце крупного рогатого скота. СПб, 2016.
  • Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Молекулярное клонирование. М., 1984.
  • Забродин В.А., Лайшев К.А., Дубовик И.К. Развитие северного оленеводства в рамках осуществления Арктических интересов России. Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета, 2015, 40: 108-112.
  • Olsen M.A., Aagnes T.H., Mathiesen S.D. The effect of timothy silage on the bacterial population in rumen fluid of reindeer (Rangifer tarandus tarandus) from natural summer and winter pasture. FEMS Microbiol Ecol., 1997, 24(2): 127-136 ( ).
  • DOI: 10.1111/j.1574-6941.1997.tb00429.x
  • Orpin C.G., Mathiesen S.D., Greenwood Y., Blix A.S. Seasonal changes in the ruminal microflora of the high-arctic Svalbard reindeer (Rangifer tarandus platyrhynchus). Appl. Environ. Microbiol., 1985, 50(1): 144-151.
  • Wang T.Y., Chen H.L., Lu M.J., Chen Y.C., Sung H.M., Mao C.T., Cho H.Y., Ke H.M., Hwa T.Y., Ruan S.K., Hung K.Y., Chen C.K., Li J.Y., Wu Y.C., Chen Y.H., Chou S.P., Tsai Y.W., Chu T.C., Shih C.A., Li W.H., Shih M.C. Functional characterization of cellulases identified from the cow rumen fungus Neocallimastix patriciarum W5 by transcriptomic and secretomic analyses. Biotechnol. Biofuels, 2011, 4: 24 ( ).
  • DOI: 10.1186/1754-6834-4-24
  • Fonty G., Joblin K.N. Rumen anaerobic fungi: their role and interactions with other rumen microorganisms in relation to fiber digestion. In: Physiological aspects of digestion and metabolism in ruminants /T. Tsuda, Y. Sasaki, R. Kawashima (eds.). Academic Press, Toronto, ON, 1990: 665-680 ( ).
  • DOI: 10.1016/B978-0-12-702290-1.50033-3
  • Sundset M.A., Edwards J.E., Cheng Y.F., Senosiain R.S., Fraile M.N., Northwood K.S., Præsteng K.E., Glad T., Mathiesen S.D., Wright A.D.G. Molecular diversity of the rumen microbiome of Norwegian reindeer on natural summer pasture. Microb. Ecol., 2009, 57(2): 335-348 ( ).
  • DOI: 10.1007/s00248-008-9414-7
  • Schofield B.J., Lachner N., Le O.T., McNeill D.M., Dart P., Ouwerkerk D., Hugenholtz P., Klieve A.V. Beneficial changes in rumen bacterial community profile in sheep and dairy calves as a result of feeding the probiotic Bacillus amyloliquefaciens H57. J. Appl. Microbiol., 2018, 124(3): 855-866 ( ).
  • DOI: 10.1111/jam.13688
  • Weimer P.J. Redundancy, resilience, and host specificity of the ruminal microbiota: implications for engineering improved ruminal fermentations. Front. Microbiol., 2015, 6: 296 ( ).
  • DOI: 10.3389/fmicb.2015.00296
  • Samsudin A.A., Evans P.N., Wright A.G., Jassim R.A. Molecular diversity of the foregut bacteria community in the dromedary camel (Camelus dromedarius). Environmental Microbiology, 2011, 13(11): 3024-3035 ( ).
  • DOI: 10.1111/j.1462-2920.2011.02579.x
  • Ishaq S.L, Wright A.D. Insight into the bacterial gut microbiome of the North American moose (Alces alces). BMC Microbiol., 2012, 12: 212 ( ).
  • DOI: 10.1186/1471-2180-12-212
  • McCann J.C., Elolimy A.A., Loor J.J. Rumen microbiome, probiotics, and fermentation additives. Veterinary Clinics of North America: Food Animal Practice, 2017, 33(3): 539-553 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.cvfa.2017.06.009
  • Nocek J.E. Bovine acidosis: implications on laminitis. Journal of Dairy Science, 1997, 80: 1005-1028 (
  • DOI: 10.3168/jds.S0022-0302(97)76026-0)
Еще
Статья научная