飼料効率の選択が、商業用肥育場で生産されたアンガス牛の鼻腔、糞便、糞便マイクロバイオームに与える影響

The impact of feed efficiency selection on the ruminal, cecal, and fecal microbiomes of Angus steers from a commercial feedlot.

• Christina B Welch
• Jeferson M Lourenco
• Dylan B Davis
• Taylor R Krause
• Mia N Carmichael
• Michael J Rothrock
• T Dean Pringle
• Todd R Callaway

抄録

飼料は動物生産の最大のコストであるため、飼料を削減することは生産者の利益を向上させるために非常に重要である。反芻動物では、消化管（GIT）内の微生物集団は、ルーメンと後腸の両方での栄養素の消化と吸収に重要である。この研究の目的は、飼料効率とこれら 3 つの場所からの GIT 細菌集団を関連付けるために、屠殺時の給餌場のステアのルーメン、盲腸、糞便の細菌分類学的プロファイルを決定することでした。20 頭の商業用アンガス牛を選択し、飼料ロットの仕上げ期間中に決定された残留飼料摂取量（RFI）の分類に従って、高-RFI（n=10）と低-RFI（n=10）の 2 つのグループに分けた。屠殺時に鼻腔、糞便および糞便サンプルを採取した後、細菌組成を決定するために、DNA 抽出および 16S rRNA 遺伝子配列決定を行った。RFI分類を固定効果として使用して、動物のパフォーマンスデータ、アルファ多様性、および細菌の豊富さについて、一方向ANOVAを実施した。全体的に、β多様性分析（P<0.001）によって明らかにされたように、糞便および糞便集団と比較して、分類学的プロファイルの面で最も異なっていたのは、鼻腔内細菌集団であった。また、細菌の豊富さ（Chao1）は、低ＲＦＩ群に比べて高ＲＦＩ群のルーメンで最大（P=0.01）であった。一方、腸内環境における細菌の豊富さと多様性を調べたところ、Chao1は盲腸で最も多く（P=0.01）、シャノン多様性指数は低-RFI群の方が高-RFI群に比べて盲腸、糞便ともに大きかった（それぞれP=0.01、P<0.001）。ルミノコッカス科は低-RFI群の方が盲腸および糞便中に多く存在し（P=0.01）、ビフィズス菌科は高-RFI群の方が糞便中に多く存在した（P=0.03）。しかし、Ruminococcaeae、Mogibacteriaceae、Christensenellaceae、およびBS11は、盲腸および糞中のRFIと負の相関があった（P<0.05）。盲腸のSuccinivibrionaceaeはRFIと正の相関を示し（P=0.05），糞便のBifidobacteriaceaeはRFIと正の相関を示した（P=0.03）．以上の結果から、口内細菌に加えて、下部腸内細菌群も飼料効率と養分利用率に大きな影響を与えており、反芻動物の飼料効率の根拠を検討する際には腸内細菌も考慮すべきであることが示された。

Feed is the greatest cost of animal production so reducing it is critical to increase producer profits. In ruminants, the microbial population within the gastrointestinal tract (GIT) is critical to nutrient digestion and absorption in both the rumen and the hindgut. The objective of this study was to determine the bacterial taxonomic profile of the rumen, cecum, and feces of feedlot steers at slaughter in order to link feed efficiency and the GIT bacterial populations from these 3 locations. Twenty commercial Angus steers were selected and divided into two groups according to their residual feed intake (RFI) classification determined during the feedlot-finishing period: high-RFI (n=10) and low-RFI (n=10). After the ruminal, cecal, and fecal samples were collected at slaughter, DNA extraction and 16S rRNA gene sequencing were performed on them to determine their bacterial composition. One-way ANOVA was performed on the animal performance data, alpha diversities, and bacterial abundances using RFI classification as the fixed effect. Overall, the ruminal bacterial population was the most different in terms of taxonomic profile compared to the cecal and fecal populations as revealed by beta diversity analysis (P<0.001). Moreover, bacterial richness (Chao1) was greatest (P=0.01) in the rumen of the high-RFI group compared to the low-RFI group. In contrast, bacterial richness and diversity in the intestinal environment showed that Chao1 was greater (P=0.01) in the cecum, and Shannon diversity index was greater in both the cecum and feces of low-RFI compared to high-RFI steers (P=0.01 and P<0.001, respectively). Ruminococcaceae was more abundant in the low-RFI group in the cecum and feces (P=0.01); and fecal Bifidobacteriaceae was more abundant in high-RFI steers (P=0.03). No correlations (P≥0.13) between any ruminal bacterial family and RFI were detected; however, Ruminococcaeae, Mogibacteriaceae, Christensenellaceae, and BS11 were negatively correlated with RFI (P<0.05) in the cecum and feces. Succinivibrionaceae in the cecum was positively correlated with RFI (P=0.05), and fecal Bifidobacteriaceae was positively correlated with RFI (P=0.03). Results collectively indicate that in addition to the ruminal bacteria, the lower gut bacterial population has a significant impact on feed efficiency and nutrient utilization in feedlot steers, therefore the intestinal bacteria should also be considered when examining the basis of ruminant feed efficiency.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of the American Society of Animal Science. All rights reserved. For permissions, please e-mail: journals.permissions@oup.com.