Residual feed intake phenotype modulates growth performance and ruminal microbiome responses to a Bacillus-based direct-fed microbial in beef steers

ملخص تقني: النمط الظاهري لاستهلاك العلف المتبقي يعدل أداء النمو واستجابات الميكروبيوم في الكرش تجاه ميكروب مباشر التغذية قائم على الـ Bacillus في عجول التسمين

بيان المشكلة
تُستخدم الميكروبات المباشرة التغذية (DFMs)، ولا سيما الإضافات القائمة على الـ Bacillus، على نطاق واسع لتعزيز صحة وإنتاجية المجترات من خلال تعديل المجتمعات الميكروبية في الجهاز الهضمي. ومع ذلك، فإن فعالية هذه الإضافات في عجول التسمين غير متسقة، حيث تتباين الاستجابات في كل من الحجم والاتجاه. وبينما تعزو الأبحاث السابقة هذا التباين إلى عوامل مثل الاختلافات في السلالات، والجرعة، وتكوين النظام الغذائي، فقد تم إيلاء اهتمام أقل مقارنةً بالمحددات المرتبطة بالعائل. وتحديداً، لا يزال من غير الواضح ما إذا كان النمط الظاهري لكفاءة تغذية الحيوان، المقاس كاستهلاك العلف المتبقي (RFI)، يؤثر على الاستجابة للمكملات القائمة على الـ DFM. تمتلك العجول ذات الـ RFI السالب (الأكثر كفاءة في استهلاك العلف) مجتمعات ميكروبية في الكرش وملفات أيضية متميزة مقارنة بالعجول ذات الـ RFI الموجب (الأقل كفاءة)، مما يشير إلى أن بيئة الكرش قد تهيئ فعالية المضافات الميكروبية. تعالج هذه الدراسة الفجوة المعرفية المتعلقة بما إذا كان النمط الظاهري لـ RFI يعدل أداء النمو واستجابات الميكروبيوم في الكرش تجاه المكملات القائمة على الـ Bacillus.

المنهجية
استخدمت الدراسة تصميماً تجريبياً عاملياً (2 × 2) شمل 40 عجلاً من عجول التسمين المهجنة (Angus × Hereford) تم اختيارها من مجموعة أولية مكونة من 108 عجلاً بناءً على أنماط RFI متباعدة.

• اختيار النمط الظاهري: بعد فترة تحديد RFI استمرت 49 يوماً، تم اختيار 20 عجلاً ذات RFI سالب (متوسط RFI = -1.66 كجم/يوم؛ أكثر كفاءة) و20 عجلاً ذات RFI موجب (متوسط RFI = 1.62 كجم/يوم؛ أقل كفاءة).
• المعاملات: تم تخصيص العجول لأحد أربع مجموعات: نظام غذائي ضابط (CON) أو نظام غذائي مدعم بالـ Bacillus (BAC) ضمن كل نمط ظاهري لـ RFI. تم تقديم الـ DFM القائم على الـ Bacillus (Papillon, Easton, MD) بمعدل 14 جرام/عجل/يوم (حوالي 1.5 × 10⁸ وحدة تشكيل مستعمرة/جم) ممزوجاً في علف كامل (TMR) يعتمد على سيلاج الذرة.
• المدة: استمرت تجربة التغذية لمدة 70 يوماً.
• القياسات:
  • أداء النمو: تم تسجيل استهلاك المادة الجافة (DMI) الفردي باستمرار باستخدام عقد GrowSafe. تم قياس أوزان الجسم (BW) في الأيام 0، 14، 42، و70 لحساب متوسط الزيادة اليومية في الوزن (ADG) ونسب العلف إلى الكسب.
  • تحليل الميكروبيوم: تم جمع سائل الكرش في اليوم 70. تم استخراج الحمض النووي الميكروبي وتسلسل مناطق V3–V4 من جين 16S rRNA على منصة Illumina MiSeq.
  • المعلوماتية الحيوية: تمت معالجة التسلسلات باستخدام QIIME 2 وDADA2 لتوليد متغيرات تسلسل الأمبليكون (ASVs). تم إجراء التصنيف النوعي مقابل قاعدة بيانات SILVA 138. تم تحليل البيانات باستخدام MicrobiomeAnalyst لمقاييس التنوع (ثراء Chao1، وتنوع Bray–Curtis beta) وباستخدام SAS للنمذجة الإحصائية للوفرة النسبية.
• التحليل الإحصائي: تم تحليل بيانات النمو والميكروبيوم باستخدام النماذج المختلطة مع اعتبار النظام الغذائي، والنمط الظاهري لـ RFI، والتفاعل بينهما كآثار ثابتة. تم تحديد الدلالة عند P ≤ 0.05، مع ملاحظة الاتجاهات عند 0.05 < P ≤ 0.10.

النتائج الرئيسية

• أداء النمو: لوحظ تفاعل معنوي بين النظام الغذي وRFI للوزن النهائي للجسم (BW) ومتوسط الزيادة اليومية في الوزن (ADG) (P = 0.02). في عجول RFI السالب، أدت مكملات Bacillus إلى زيادة معنوية في الوزن النهائي للجسم (489 كجم مقابل 467 كجم) وفي متوسط الزيادة اليومية في الوزن (2.19 كجم/يوم مقابل 2.05 كجم/يوم) مقارنة بالمجموعة الضابطة. وعلى العكس من ذلك، لم يتم رصد أي تحسن في الأداء في عجول RFI الموجب التي تلقت المادة المضافة. تأثر استهلاك المادة الجافة (DMI) بالنمط الظاهري لـ RFI (P = 0.03) ولكن ليس بالنظام الغذي أو التفاعل بينهما.
• تنوع الميكروبيوم:
  • تنوع ألفا (Alpha Diversity): أظهر ثراء Chao1 تفاعلاً بين النظام الغذ وRFI (P = 0.05). أدت المكملات إلى زيادة الثراء الميكروبي في عجول RFI السالب، ولكن لم يكن لها تأثير في عجول RHI الموجب.
  • تنوع بيتا (Beta Diversity): أظهر تكوين المجتمع (تباعد Bray–Curtis) تفاعلاً بين النظام الغذ وRFI (P = 0.01). وُجدت فروق معنوية بين الأنظمة الغذائية الضابطة والمكملة في عجول RFI الموجب (P = 0.04)، بينما لم يُكتشف أي فرق في عجول RFI السالب (P = 0.31).
• التحولات النوعية:
  • على مستوى الشعبة (Phylum): تم اكتشاف تفاعلات معنوية لـ Bacteroidota وFirmicutes. في عجول RFI السالب، أدت المكملات إلى زيادة وفرة Bacteroidota (32.3% مقابل 28.6%)، بينما لم تزد وفرة Firmicutes (45.1% مقابل 48.1% في BAC− مقابل CON−). في عجول RFI الموجب، أدت المكملات إلى خفض Bacteroidota (24.7% مقابل 32.3%) وزيادة Firmicutes (50.5% مقابل 45.9%).
  • على مستوى الجنس (Genus): كانت التفاعلات معنوية لكل من Prevotella وLachnospiraceae_NK3A20_group وRuminococcus. أدت مكملات Bacillus إلى زيادة وفرة Prevotella في عجول RFI السالب (23.5% مقابل 21.0%) ولكنها خفضتها في عجول RFI الموجب. وعلى العكس من ذلك، زادت Lachnospiraceae_NK3A20_group وRuminococcus في عجول RFI الموجب ولكن ليس في عجول RFI السالب.
  • التأثيرات الرئيسية: أدت المكملات إلى زيادة الوفرة النسبية لـ Acetitomaculum وDesulfobacterota عبر جميع الأنماط الظاهرية، بينما خفضت Ruminobacter.

الأهمية والادعاءات
يخلص المؤلفون إلى أن فعالية الميكروبات المباشرة التغذية (DFMs) القائمة على الـ Bacillus ليست موحدة، بل تعتمد بقوة على النمط الظهري لكفاءة التغذية للعائل. وتوضح الدراسة أن عجول RFI السالب (الأكثر كفاءة في التغذية) تستفيد من المكملات من خلال تحسين أداء النمو وتحول ميكروبي نحو الأنواع المنتجة للبروبيونات (Bacteroidota وPrevotella). في المقابل، أظهرت عجول RFI الموجب (الأقل كفاءة) إعادة هيكلة ميكروبية ملحوظة (إثراء الأنواع المرتبطة بالأسيتات/البيوتيرات) دون تحقيق مكاسب في الأداء.

يدعي البحث أن هذه النتائج تدعم تطوير استراتيجيات مكملات دقيقة بناءً على تصنيف كفاءة التغذية. ويؤكد أن المقاييس التصنيفية وحدها غير كافية للتنبؤ بفعالية الـ DFM، حيث يمكن أن تتباعد النتائج الوظيفية (النمو) والتغيرات التركيبية، خاصة في حيوانات RFI الموجب. ويشير المؤلفون إلى أنه بينما تحدد الدراسة الارتباطات المعتمدة على النمط الظاهري، فإن الطبيعة الارتباطية لبيانات النقطة الزمنية الواحدة تمنع إثبات السببية، وأن العمل المستقبلي الذي يتضمن علم الأيض (مثل توصيف الأحماض الدهنية الطيارة VFA) ضروري لحل الآليات الكامنة بشكل كامل.