تعیین ساختار جمعیت میکروبی شکمبه در بزهای سانن سازگار یافته به جیرهای با فیبر بالا در شمال شرق ایران

Subject Areas : Camel

س.ه. ابراهیمی ¹ , ر. ولی‌زاده ² , و. حیدریان میری ³

1 - گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد
2 - Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 - Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran

Received: 2017-06-29 Accepted : 2017-09-15 Published : 2018-06-01

Keywords: ایران, ساختار جمعیت میکروبی, بز سانن,

Abstract :

بز سوئیسی سانن نژادی است که در گله‌های تجاری سراسر جهان یافت می‌شود. در مقاله حاضر، ساختار جمعیت میکروبی بز سانن که به جیره‌های حاوی علوفه خشبی عادت کرده بودند با استفاده از تکنیک پایروسکوئنسینگ مطالعه شده است. نمونه محتویات شکمبه از تعداد 4 رأس بز با استفاده از لوله شکمی پس از چرای صبحگاهی گرفته شد. پس از خشک کردن نمونه‌های فوق با روش فریز درایر و استخراج دی‌ان‌ای، ژن‌های 16S rRNA باکتریایی و آرکه‌ای و 18S rRNA پروتوزوآیی با واکنش زنجیره پلیمراز تکثیر شدند و پس از توالی‌یابی با روش پایروسکوئنسینگ تیتانیوم 454، با نرم افزار کیمه آنالیز شدند. تجزیه داده‌ها نشان داد که در سطح جنس، پریوتلا که در شاخه باکتریودتز قرار دارد با غالبیت نسبی 41/29 درصد کل باکتری‌ها اکثریت جنس باکتریایی شکمبه را تشکیل داده بود. جنس طبقه‌بندی نشده‌ای از گروه باکتریودالز در همین شاخه (باکتریودتز) با سهم 01/11 درصد جمعیت باکتریایی به عنوان باکتری غالب دوم تعیین شد. شاخه غالب دوم باکتریایی در شکمبه بزهای سانن فرمیکوتس بود و 3 جنس طبقه‌بندی نشده رده کلستریدیالز ذیل این شاخه جمعا 42/21 درصد جمعیت باکتریایی را به خود اختصاص داده بودند. غالب‌ترین جنس پروتوزوآیی انتودینیوم بود که 78/46 درصد کل جمعیت پروتوزوآ را به خود اختصاص داده بود. پس از آن، اپیدینیوم و افریسکولکس با سهم 37/12 و 92/11 درصدی از کل جمعیت پروتوزوآ در رتبه دوم و سوم قرار داشتند. توالی‌های مرتبط با متانوپلاسماتالز به عنوان آرکه غالب جمعیت میکروبی در شکمبه بزهای سانن شناسایی شدند. متانوبرویباکتر گوتسچالکی کلید و متانوبرویباکتر رمیننتیوم کلید با فراوانی به ترتیب 79/35 و 36/13 درصد دومین و سومین گروه تولید‌کننده متان بودند. نسبت توالی‌های طبقه‌بندی نشده بالا در نمونه‌های محتویات شکمبه بزهای سانن در شرایط این مطالعه نشان می‌دهد باید مطالعات بیشتری بر اساس روش‌های مبتنی بر کشت در خصوص شناسایی گونه‌های مربوطه که احتمالاً در هضم فیبر نقش مهم و اساسی دارند انجام شود.

References:

Altschul S.F., Gish W., Miller W., Myers E.W. and Lipman D.J. (1990). Basic local alignment search tool. J. Mol. Biol. 215, 403-410.

Asanuma N., Yokoyama S. and Hino T. (2015). Effects of nitrate addition to a diet on fermentation and microbial populations in the rumen of goats, with special reference to Selenomonas ruminantium having the ability to reduce nitrate and nitrite. Anim. Sci. J. 86, 378-384.

Borrel G., O’Toole P.W., Harris H.M.B., Peyret P., Brugère J.F. and Gribaldo S. (2013). Phylogenomic data support a seventh order of methylotrophic methanogens and provide insights into the evolution of methanogenesis. Genome Biol. Evol. 5, 1769-1780.

Caporaso J.G., Kuczynski J., Stombaugh J., Bittinger K., Bush-man F.D., Costello E.K., Fierer N., Peña A.G., Goodrich J.K., Gordon J.I., Huttley G.A., Kelley S.T., Knights D., Koenig J.E., Ley R.E., Lozupone C.A., McDonald D., Muegge B.D., Pirrung M., Reeder J., Sevinsky J.R., Turnbaugh P.J., Walters W.A., Widmann J., Yatsunenko T., Zaneveld J. and Knight R. (2010). QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data. Nat. Methods. 7, 335-336.

Capote J. (2016). Environments and goats around the world: importance of genetic and management factors. Pp. 1-6 in Sustainable Goat Breeding and Goat Farming in Central and Eastern European Countries. S. Kukovics, Ed. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy.

Cheng Y.F., Mao S.Y., Liu J.X. and Zhu W.Y. (2009). Molecular diversity analysis of rumen methanogenic archaea from goat in eastern china by DGGE methods using different primer pairs. Lett. Appl. Microbiol. 48, 585-592.

Cunha I.S., Barreto C.C., Costa O.Y.A., Bomfim M.A., Castro A.P., Kruger R.H. and Quirino B.F. (2011). Bacteria and archaea community structure in the rumen microbiome of goats (Capra hircus) from the semiarid region of Brazil. Anaerobe. 17, 118-124.

Ebrahimi S.H., Mohini M., Singhal K.K., Heidarian Miri V. and Tyagi A.K. (2011). Evaluation of complementary effects of 9,10-anthraquinone and fumaric acid on methanogenesis and ruminal fermentation in vitro. Arch. Anim. Nutr. 65, 267-277.

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. and Mrázek J. (2016). Analysis of the rumen bacterial diversity of goats during shift from forage to concentrate diet. Anaerobe. 42, 17-26.

Gürelli G., Canbulat S., Aldayarov N. and Dehority B.A. (2016). Rumen ciliate protozoa of domestic sheep (Ovis aries) and goat (Capra aegagrus hircus) in Kyrgyzstan. FEMS Microbiol. Lett. 363, 1-7.

Henderson G., Cox F., Ganesh S., Jonker A., Young W., Janssen P.H.. and Zunino P. (2015). Rumen microbial community composition varies with diet and host, but a core microbiome is found across a wide geographical range. Sci. Rep. 5, 1-13.

Henderson G., Cox F., Kittelmann S., Miri V.H., Zethof M., Noel S.J., Waghorn G.C. and Janssen P.H. (2013). Effect of DNA extraction methods and sampling techniques on the apparent structure of cow and sheep rumen microbial communities. PLoS One. 8, e74787.

Huang X.D., Martinez-Fernandez G., Padmanabha J., Long R., Denman S.E. and McSweeney C.S. (2016). Methanogen diversity in indigenous and introduced ruminant species on the tibetan plateau. Archaea. 28, 1-10.

Huo W., Zhu W. and Mao S. (2014). Impact of subacute ruminal acidosis on the diversity of liquid and solid-associated bacteria in the rumen of goats. World J. Microbiol. Biotechnol. 30, 669-680.

Jaber L.S., Duvaux-Ponter C., Hamadeh S.K. and Giger-Reverdin S. (2016). Short water restriction episode in lactating alpine and saanen goats. Pp. 183-188 in Sustainable Goat Breeding and Goat Farming in Central and Eastern European Countries. S. Kukovics, Ed. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy.

Janssen P.H. and Kirs M. (2008). Structure of the archaeal community of the rumen. Appl. Environ. Microbiol. 74, 3619-3625.

Jiao J., Huang J., Zhou C. and Tan Z. (2015). Taxonomic identification of ruminal epithelial bacterial diversity during rumen development in goats. Appl. Environ. Microbiol. 81, 3502-3509.

Kittelmann S., Seedorf H., Walters W.A., Clemente J.C., Knight R., Gordon J.I. and Janssen P.H. (2013). Simultaneous amplicon sequencing to explore co-occurrence patterns of bacterial, archaeal and eukaryotic microorganisms in rumen microbial communities. PLoS One. 8, e47879.

Lee H.J., Jung J.Y., Oh Y.K., Lee S.S., Madsen E.L. and Jeon C.O. (2012). Comparative survey of rumen microbial communities and metabolites across one caprine and three bovine groups, using bar-coded pyrosequencing and 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy. Appl. Environ. Microbiol. 78, 5983-5993.

Lin B., Henderson G., Zou C., Cox F., Liang X., Janssen P.H. and Attwood G.T. (2015). Characterization of the rumen microbial community composition of buffalo breeds consuming diets typical of dairy production systems in Southern China. Anim. Feed Sci. Technol. 207, 75-84.

Lin C., Raskin L. and Stahl D.A. (1997). Microbial community structure in gastrointestinal tracts of domestic animals: Comparative analyses using rRNA targeted oligonucleotide probes. FEMS Microbiol. Ecol. 22, 281-294.

Liu J., Bian G., Zhu W. and Mao S. (2015). High-grain feeding causes strong shifts in ruminal epithelial bacterial community and expression of toll-like receptor genes in goats. Front. Microbiol. 6, 167.

Liu K., Xu Q., Wang L., Wang J., Guo W. and Zhou M. (2017). The impact of diet on the composition and relative abundance of rumen microbes in goat. Asian-Australasian J. Anim. Sci. 30, 531-537.

Mao S.Y., Huo W.J. and Zhu W.Y. (2016). Microbiome–metabolome analysis reveals unhealthy alterations in the composition and metabolism of ruminal microbiota with increasing dietary grain in a goat model. Environ. Microbiol. 18, 525-541.

McDonald D., Price M.N., Goodrich J., Nawrocki E.P., DeSantis T.Z., Probst A., Andersen G.L., Knight R. and Hugenholtz P. (2012). An improved greengenes taxonomy with explicit ranks for ecological and evolutionary analyses of bacteria and archaea. ISME J. 6, 610-618.

Metzler-Zebeli B.U., Schmitz-Esser S., Klevenhusen F., Podstatzky-Lichtenstein L., Wagner M. and Zebeli Q. (2013). Grain-rich diets differently alter ruminal and colonic abundance of microbial populations and lipopolysaccharide in goats. Anaerobe. 20, 65-73.

Newbold C.J., de la Fuente G., Belanche A., Ramos-Morales E. and McEwan N.R. (2015). The role of ciliate protozoa in the rumen. Front. Microbiol. 6, 1313.

Paul K., Nonoh J.O., Mikulski L. and Brune A. (2012). Methanoplasmatales, Thermoplasmatales-related archaea in termite guts and other environments, are the seventh order of methanogens. Appl. Environ. Microbiol. 78, 8245-8253.

Poulsen M., Schwab C., Borg Jensen B., Engberg R.M., Spang A., Canibe N., Højberg O., Milinovich G., Fragner L., Schleper C., Weckwerth W., Lund P., Schramm A. and Urich T. (2013). Methylotrophic methanogenic Thermoplasmata implicated in reduced methane emissions from bovine rumen. Nat. Commun. 4, 1428-1432.

Razzaghi A., Valizadeh R., Naserian A.A., Mesgaran M.D., Carpenter A.J. and Ghaffari M.H. (2016). Effect of dietary sugar concentration and sunflower seed supplementation on lactation performance, ruminal fermentation, milk fatty acid profile, and blood metabolites of dairy cows. J. Dairy Sci. 99, 3539-3548.

Rius A.G., Kittelmann S., Macdonald K.A., Waghorn G.C., Janssen P.H. and Sikkema E. (2012). Nitrogen metabolism and rumen microbial enumeration in lactating cows with divergent residual feed intake fed high-digestibility pasture. J. Dairy Sci. 95, 5024-5034.

Shi P.J., Meng K., Zhou Z.G., Wang Y.R., Diao Q.Y. and Yao B. (2008). The host species affects the microbial community in the goat rumen. Lett. Appl. Microbiol. 46, 132-135.

Wang L., Xu Q., Kong F., Yang Y., Wu D., Mishra S. and Li Y. (2016). Exploring the goat rumen microbiome from seven days to two years. PLoS One. 11, e0154354.

Wetzels S.U., Mann E., Metzler-Zebeli B.U., Wagner M., Klevenhusen F., Zebeli Q. and Schmitz-Esser S. (2017). pyrosequencing reveals shifts in the bacterial epimural community relative to dietary concentrate amount in goats. J. Dairy Sci. 98, 5572-5587.

Williams P.P., Davis R.E., Doetsch R.N. and Gutierrez J. (1961). Physiological studies of the rumen protozoan Ophryoscolex caudatus Eberlein. Appl. Microbiol. 9, 405-409.

Zhang R., Ye H., Liu J. and Mao S. (2017). High-grain diets altered rumen fermentation and epithelial bacterial community and resulted in rumen epithelial injuries of goats. Appl. Microbiol. Biotechnol. 101(18), 1-12.