Effects of concentrate supplementation on fecal microbiota, serum metabolomics, and proteomics in grazing Yili horses

Résumé technique : Effets de la supplémentation en concentrés sur le microbiote fécal, le métabolome sérique et le protéome chez les chevaux Yili en pâturage

Énoncé du problème
Le cheval Yili, une race à double usage en Chine, dépend du pâturage naturel, qui est sujet aux fluctuations saisonnières et aux variations de précipitations pouvant compromettre la qualité des pâtures et la disponibilité des nutriments. Bien que les pâtures naturelles fournissent des fibres grossières, elles peuvent ne pas répondre aux besoins spécifiques en énergie et en protéines des juments en début de lactation, ce qui peut restreindre la gestion de la santé et le développement des ressources en lait de jument. Bien que la supplémentation en concentrés soit une stratégie connue pour combler les lacunes nutritionnelles, il existe un manque de recherche intégrée examinant comment une telle supplémentation affecte l'interaction complexe entre la fermentation du gros intestin, la structure de la communauté microbienne et le métabolisme systémique de l'hôte (métabolomique et protéomique) chez les équidés en pâturage.

Méthodologie
L'étude a employé une expérience contrôlée de 100 jours (10 jours d'adaptation, 90 jours d'essai) avec 16 juments Yili en début de lactation (âgées de 3 à 4 ans, environ 391,5 kg) réparties aléatoirement en deux groupes :

• Groupe Pâturage (G) : Pâture naturellement sur les pâturages.
• Groupe Pâturage + Supplémentation (GS) : A reçu 2 kg/jour d'un supplément de concentré formulé (52 % de maïs, 20 % de tourteau de soja, 12 % de son, 10 % d'orge, plus minéraux/vitamines) en plus du pâturage naturel.

Collecte et analyse des données :

• Échantillons : Échantillons fécaux (pour les paramètres de fermentation, le pH et le séquençage de l'ARNr 16S) et échantillons sanguins (pour les indices biochimiques, la métabolomique et la protéomique) collectés au 90ème jour.
• Analyse fécale : Mesure des acides gras volatils (AGV) par chromatographie en phase gazeuse et évaluation de la diversité microbienne par séquençage de l'ARNr 16S complet de type PacBio.
• Analyse sérique :
  • Biochimie : Analyseur automatisé pour le glucose, les lipides, les enzymes hépatiques et la bilirubine.
  • Métabolomique : UPLC-MS/MS non ciblé (ESI+ et ESI-) pour identifier les métabolites sériques.
  • Protéomique : LC-MS/MS basé sur la DIA (Orbitrap Astral) pour quantifier les protéines sériques.
• Statistiques : Tests t indépendants pour les données biochimiques ; OPLS-DA pour la métabolomique ; LEfSe pour le microbiote ; et analyses de corrélation (Spearman) pour lier le microbiote, la fermentation, les métabolites et les protéines.

Résultats clés

• Fermentation fécale et microbiote :

  • Le groupe GS a présenté des concentrations de propionate et de butyrate fécales significativement plus élevées, un pH fécal plus bas et un rapport acétate/propionate plus faible par rapport au groupe G.
  • La diversité microbienne (indice de Simpson) était plus élevée dans le groupe GS.
  • Changements au niveau du genre : Le groupe GS a montré des abondances relatives significativement plus élevées de Treponema et Oliverpabstia, tandis que le groupe G présentait des abondances plus élevées de Lachnoclostridium, Roseburia, Anaerosacchariphilus et Coprococcus.
  • L'analyse de corrélation a indiqué que Treponema était positivement corrélé au butyrate et négativement au pH, tandis que les genres dégradant les fibres (Lachnoclostridium, Roseburia) étaient négativement corrélés aux produits de fermentation dans le groupe supplémenté.

• Biochimie sérique :

  • La supplémentation en concentrés a augmenté significativement le glucose sérique (GLU).
  • Elle a significativement diminué la bilirubine totale (TBIL), le cholestérol total (TC) et le cholestérol à lipoprotéines de haute densité (HDL-C).
  • Aucune différence significative n'a été trouvée pour les autres indices tels que l'urée, l'ALT, l'AST ou les triglycérides.

• Métabolomique sérique :

  • 487 métabolites différentiels ont été identifiés (78 régulés à la hausse, 409 régulés à la baisse dans le groupe GS).
  • L'enrichissement KEGG a mis en évidence des voies liées au cycle de l'acide tricarboxylique (TCA), au métabolisme des nucléotides, à la sécrétion de la bile, au métabolisme de la vitamine B6 et au métabolisme du pyruvate.
  • Les augmentations spécifiques dans le groupe GS incluent l'estrone-3-sulfate, l'acide fumarique, l'acide urique et l'acide citrique. Les diminutions incluent l'acide cis-aconitate, l'inosine et la guanine.

• Protéomique sérique :

  • 31 protéines différentiellement exprimées (DEP) ont été identifiées (20 régulées à la hausse, 11 régulées à la baisse dans le groupe GS).
  • Régulées à la hausse : Peroxyrédoxine-5 (PRDX5), lactoylglutathione lyase (GLO1), transkétolase, ATP1A1, et plusieurs protéines liées à l'immunité (ex : fragments de chaînes légères d'immunoglobulines, alpha-1-antitrypsine).
  • Régulées à la baisse : Protéine de transfert de phospholipides, annexine, kallikréine-related peptidase 11, et certains fragments d'immunoglobulines spécifiques.
  • L'enrichissement fonctionnel a pointé vers les processus métaboliques, les réponses cellulaires aux stimuli et les processus du système immunitaire, impliquant spécifiquement le métabolisme du pyruvate et la voie des pentoses phosphates.

Principales contributions
Cette étude fournit une perspective multi-omique sur la façon dont la supplémentation en concentrés modifie l'état physiologique des chevaux Yili en pâturage. En intégrant le microbiote fécal, les paramètres de fermentation, la métabolomique et la protéomique sériques, la recherche élucide le lien mécanistique entre l'apport d'amidon alimentaire et l'adaptation métabolique de l'hôte. Elle démontre que la supplémentation déplace la fermentation du gros intestin vers la production de propionate et de butyrate et module les profils sériques pour améliorer la disponibilité du glucose et la capacité antioxydante tout en modifiant le métabolisme des lipides et des acides biliaires.

Signification et affirmations
Les auteurs concluent qu'une supplémentation modérée en concentrés (2 kg/jour) modifie efficacement les modèles de fermentation fécale et la composition microbienne chez les chevaux Yili en pâturage. L'étude affirme que ces changements alimentaires régulent les voies liées au métabolisme du glucose et des lipides sériques, au métabolisme des acides biliaires, aux réponses antioxydantes et au métabolisme énergétique. Plus précisément, la régulation à la hausse des protéines antioxydantes (PRDX5, GLO1) et des enzymes impliquées dans la voie des pentoses phosphates suggère une capacité accrue de tamponnement métabolique et de détoxification.

L'article postule que ces résultats suggèrent qu'une supplémentation modérée en concentrés peut améliorer l'état nutritionnel et métabolique des chevaux Yili en pâturage, particulièrement pendant la lactation. L'étude vise à fournir une base théorique pour une gestion nutritionnelle de précision et des stratégies d'alimentation qui optimisent la santé des chevaux tout en maintenant la stabilité écologique des prairies. Les auteurs notent explicitement que bien que l'abondance de Treponema ait augmenté (un genre parfois associé à l'inflammation), l'étude n'a pas mesuré de changements histologiques, donc ce risque potentiel est noté avec prudence.