[Effect of a probiotic strain administration in different feeding phases on α- and β-diversity and gene expression of the rumen microbiome in lactating cows] Влияние введения пробиотического штамма на разных этапах кормления на α- и β-разнообразие и экспрессию генов микробиомы рубца у лактирующих коров

In cows, there is a drastic metabolic stress caused by violations of the rumen microbiome composition during lactation. The aim of the present study was to investigate the α-and β-diversity of the rumen microbiome of lactating cows using next-generation sequencing (NGS) and gene expression assessed by qPCR, as well as evaluation of the corrective properties of a probiotic strain introduced into the rumen. The results showed that the addition of the probiotic to the diet contributed to an effective increase in the fat content of milk during the early lactation period (P ≤ 0.05). The NGS-based analysis of the rumen microbiome of the studied cows using the 16S rRNA gene sequences showed that the Shannon and Chao1 indices of α-diversity of prokaryotic communities remained unchanged during various feeding phases, as well as due to the probiotic effects. In the early lactation period and under the probiotic’s impact, the number of representatives of the Clostridia_UCG-014 and Clostridiaceae families declined by 2.4 and 1.6 times, respectively (in Group 2 as compared to Group 1, P ≤ 0.05). Expression of the bacterial Ldh-L and ldhD genes was lower by 2.9 and 13.5 times, respectively (P ≤ 0.05), when adding the probiotic to the diet in the early lactation period.

У коров возникает резкий метаболический стресс, вызванный нарушениями состава микробиома рубца в период лактации. Целью настоящего исследования явилось изучение α- и β-разнообразия микробиома рубца лактирующих коров с помощью секвенирования следующего поколения (NGS) и экспрессии генов, оцениваемой методом qPCR, а также оценка корригирующих свойств пробиотического штамма, введенного в рубец. Результаты показали, что добавление в рацион пробиотика способствовало эффективному повышению жирности молока в ранний период лактации (Р≤0,05). Анализ микробиома рубца изучаемых коров методом NGS с использованием последовательностей гена 16S рРНК показал, что индексы Шеннона и Chao1 α-разнообразия прокариотических сообществ оставались неизменными в разные фазы кормления, а также за счет пробиотических эффектов. В ранний лактационный период и под влиянием пробиотика численность представителей семейств Clostridia_UCG-014 и Clostridiaceae уменьшилась в 2,4 и 1,6 раза соответственно (во 2-й группе по сравнению с 1-й, P ≤ 0,05). Экспрессия бактериальных генов Ldh-L и ldhD была ниже в 2,9 и 13,5 раза соответственно (P ≤ 0,05) при добавлении в рацион пробиотика в ранний период лактации.

Russian authors' names: Лаптев Г., Йылдырым Е., Ильина Л., Пономарева Е., Калиткина К., Тюрина Д., Филиппова В., Дубровин А., Башир Х., Сметанникова Т., Малахов И., Новикова Н., Романов М.

Russian authors' affiliations: Георгий Лаптев, Дарья Тюрина, Елена Йылдырым, Лариса Ильина, Ксения Калиткина, ООО «БИОТРОФ+», Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (ФГБОУ ВО СПбГАУ), Санкт-Петербург, Россия. Валентина Филиппова, Андрей Дубровин, Наталья Новикова, Екатерина Пономарева, ООО «БИОТРОФ», Санкт-Петербург, Россия. Хайрулламин Башир, Татьяна Сметанникова, Иван Малахов, Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (ФГБОУ ВО СПбГАУ), Санкт-Петербург, Россия. Михаил Романов, Кентский университет, Великобритания.

(Третья международная конференция "Цифровизация сельского хозяйства и органическое производство ADOP 2023": Программа конференции и тезисы, 5–7 июня 2023 г., Санкт-Петербург, Россия)