若い子牛のルーメンマイクロバイオータの反復接種は、ルーメン原核微生物叢を一貫して有意に変調させないが、下痢を減少させる

Repeated Inoculation of Young Calves With Rumen Microbiota Does Not Significantly Modulate the Rumen Prokaryotic Microbiota Consistently but Decreases Diarrhea.

• Dengpan Bu
• Xin Zhang
• Lu Ma
• Tansol Park
• Lingling Wang
• Mengzhi Wang
• Jianchu Xu
• Zhongtang Yu

抄録

複雑なルーメン微生物群はある程度の宿主特異性を示す。未発達な単純ルーメン微生物群は、仮説上、より適応性が高いと考えられる。本研究の目的は、成牛のルーメン微生物叢を経口接種することで、若齢子牛のルーメン原核微生物叢を再プログラムできるかどうかを調べることであった。20 頭の新生雄牛を無作為に 4 群（1 群あたり 5 頭）に割り付け、2 群は授乳中の乳牛 2 頭から採取したルーメン微生物（新鮮なルーメン液）を経口接種し、他の 2 群は別のドナー牛 2 頭から採取したオートクレーブ処理したルーメン液を投与した。各子牛には、出生後 d3、d7、d21、d42、および d50 の時点で、それぞれ 100、200、300、400、および 500 mL のルーメン液を経口投与した。ルーメン微生物の接種は、飼料摂取量、1日平均利得（ADG）、心囲、飼料換算率には影響を与えなかったが、有意に（<0.01）下痢の発生率を低下させた。生後 77 日目（離乳後 27 日目）に全頭の子牛を屠殺し、ルーメン含量のサンプリングと空 ルーメン重量の測定を行った。ルーメン発酵特性は、接種によって影響を受けなかった（＞0.05）。メタタキソノミクス（16S rRNA遺伝子のV4領域を標的とした）を用いたルーメン原核微生物叢の分析は、子牛のルーメン原核微生物叢がドナーのそれとは異なることを示した。ドナーでは2つのOTU、2つのOTU、1つのOTUが優勢（相対的な存在量＞2％）であったが、子牛では1つのOTUしか認められなかった。一方、他の5つのOTUは子牛で優勢（3%以上）であったが、いずれもドナーでは主要なOTUではなかった。また、子牛とドナーの間では、主要なOTUや属名の相対的な豊富さに相関関係は見られなかった。加重 UniFrac 距離に基づく主座標分析（PCoA）では、4 群の子牛のルーメン原核微生物叢全体のプロファイルに有意な（> 0.05）差は認められず、Bray-Curtis 非類似性に基づく主成分分析（PCA）では、検出された分類群から予測される機能的特徴に有意な（> 0.05）差は認められませんでした。また、子牛のルーメン微生物群はドナーとのクラスタリングも認められなかった。このことから、子牛のルーメンマイクロバイオータの反復経口接種は、ルーメンマイクロバイオータの発達に及ぼす影響は限られており、ルーメンマイクロバイオータは宿主やその他の要因によって決定されるプログラムに従って発達していると考えられた。

The complex rumen microbiota exhibits some degree of host specificity. The undeveloped simple rumen microbiota is hypothetically more amendable. The objective of this study was to investigate if the rumen prokaryotic microbial assemblage of young calves can be reprogrammed by oral inoculation with rumen microbiota of adult cows. Twenty newborn male calves were randomly assigned to four groups ( = 5 per group), with two groups being orally inoculated with rumen microbiota (fresh rumen fluid) collected from two lactating dairy cows, while the other two groups receiving autoclaved rumen fluid collected from another two donor cows. Each calf was orally drenched with 100, 200, 300, 400, and 500 mL of the rumen fluid at d3, d7, d21, d42, and d50, respectively, after birth. The inoculation with rumen microbiota did not affect ( > 0.05) feed intake, average daily gain (ADG), heart girth, or feed conversion ratio but significantly ( < 0.01) lowered instance of diarrhea. At the age of 77 days (27 days post-weaning), all the calves were slaughtered for the sampling of rumen content and determination of empty rumen weight. Rumen fermentation characteristics were not affected ( > 0.05) by the inoculation. Rumen prokaryotic microbiota analysis using metataxonomics (targeting the V4 region of the 16S rRNA genes) showed that the calf rumen prokaryotic microbiota differed from that of the donors. Two OTUs, two OTUs, and one OTU were predominant (relative abundance > 2%) in the donors, but only one OTU was found in the calves. On the other hand, five other OTUs were predominant (>3%) in the calves, but none of them was a major OTU in the donors. No correlation was observed in relative abundance of major OTUs or genera between the donor and the calves. Principal coordinates analysis (PCoA) based on weighted UniFrac distance showed no significant ( > 0.05) difference in the overall rumen prokaryotic microbiota profiles among the four calf groups, and principal component analysis (PCA) based on Bray-Curtis dissimilarity showed no significant ( > 0.05) difference in functional features predicted from the detected taxa. Nor the calf rumen microbiota showed any clustering with their donor's. Repeated oral inoculation with rumen microbiota probably has a limited effect on the development of rumen microbiota, and the rumen microbiota seems to develop following a program determined by the host and other factors.

Copyright © 2020 Bu, Zhang, Ma, Park, Wang, Wang, Xu and Yu.