doi: 10.15389/agrobiology.2018.2.355rus
УДК 636.294:579.62:579.8
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда для реализации научного проекта № 17-76-20026 «Микробиоценоз рубца Rangifer tarandus Арктических регионов России как фундаментальная основа получения перспективных биотехнологий для сельскохозяйственных животных».
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ БАКТЕРИАЛЬНОГО СООБЩЕСТВА
РУБЦА У МОЛОДЫХ И ВЗРОСЛЫХ ОСОБЕЙ Rangifer tarandus ИЗ
АРКТИЧЕСКИХ РЕГИОНОВ РОССИИ В ЛЕТНЕ-ОСЕННИЙ ПЕРИ-ОД
Л.А. ИЛЬИНА1, К.А. ЛАЙШЕВ2, Е.А. ЙЫЛДЫРЫМ1, В.А. ФИЛИППОВА1, Т.П. ДУНЯШЕВ1, А.В. ДУБРОВИН1, И.Н. НИКОНОВ1, Н.И. НОВИКОВА1, Г.Ю. ЛАПТЕВ1, А.А. ЮЖАКОВ2, Т.М. РОМАНЕНКО3, Ю.П. ВЫЛКО3
Оленеводство — стратегически значимая отрасль животноводства в арктических регионах Российской Федерации. На сегодняшний день микробиоценоз рубца у северного оленя (в сравнении с другими жвачными) наименее изучен, хотя его анализ представляет значительный интерес в связи с оценкой адаптационно-физиологических и анатомических приспособлений организма, позволяющих использовать скудные питательные ресурсы тундры и лесотундры. В настоящей работе впервые выполнены молекулярно-генетические исследования микробиома рубца северных оленей ненецкой породы, обитающих на территории двух регионов Арктической зоны России. Цель работы заключалась в сравнительной оценке таксономического состава бактериального сообщества рубца молодых и взрослых особей Rangifer tarandus из разных мест обитания. Образцы содержимого рубца отбирали в летне-осенний период в 2017 году от трех молодых (возраст 1-2 года) и трех взрослых особей (3-6 лет) из каждой возрастной группы в Ямало-Ненецком автономном округе (АО) и Мурманской области. Состав бактериального сообщества рубца анализировали методам Т-RFLP (terminal restriction fragment length polymorphism). У северных оленей из Ямало-Ненецкого АО разнообразие микроорганизов в рубце было достоверно более высоким (Р < 0,05) по сравнению с животными из Мурманской области. У молодняка оленей из Ямало-Ненецкого АО отмечены достоверно меньшие (Р < 0,05) показатели биоразнообразия по сравнению со взрослыми особями, тогда как у животных из Мурманской области такая закономерность отсутствовала. Установлено, что до 83,50±5,07 % филотипов относились к четырем бактериальным филумам — Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria и Proteobacteria, менее представленными оказались Tenericutes, Fusobacteria, Acidobacteria и Cyanobacteria. По сравнению с наиболее изученными представителями семейства Bovidae у исследованных нами северных оленей в микробиоме рубца выявлено существенно большее количество неидентифицированных бактерий, а также представителей Eubacteriaceae и Clostridiaceae, часть которых проявляет способность к детоксикации усниновой кислоты и других вторичных метаболитов, продуцируемых лишайниками. В течение онтогенеза у северных оленей наблюдались заметные изменения в соотношении количества филотипов и таксономических групп микробиоты рубца. Наибольшие возрастные изменения были выявлены в составе филума Firmicutes. В рубце у взрослых особей из обоих регионов общее содержание целлюлозолитических бактерий класса Clostridia, особенно представителей семейств Eubacteriaceae, Clostridiaceae, Lachnospiraceae, обладающих потенциальной способностью к гидролизу углеводов растительных кормов с образованием летучих жирных кислот, было достоверно выше по сравнению с молодыми (Р < 0,05). Обратная закономерность наблюдалась в отношении бактерий с аналогичными свойствами из филума Bacteroidetes. Выявлено значительное количество условно-патогенных и патогенных микроорганизмов, среди которых доминирующими были представители семейств Сampylobacteriaceae, Enterobacteriaceae, филума Fusobacteria. Прямой закономерности, характеризующей возрастные изменения содержания в рубце патогенных микроорганизмов, в том числе филума Fusobacteria, семейств Сampylobacteriaceae, Enterobacteriaceae, у исследованных особей не выявили. Вероятно, детектированные различия в представленности перечисленных патогенных и условно-патогенных микроорганизмов были связаны с особенностями пастбищного рациона в различных регионах и эпизоотической ситуацией в стаде, что требует дополнительных исследований.
Ключевые слова: микроорганизмы рубца, Rangifer tarandus, северный олень, молекулярно-генетические методы, Арктика.
L.A. Ilina1, K.A. Laishev2, E.A. Yildirim1, V.A. Filippova1,
T.P. Dunyashev1, A.V. Dubrowin1, I.N. Nikonov1,
N.I. Novikova1,
G.Yu. Laptev1, A.A. Yuzhakov2, Т.М. Romanenko3, Yu.P. Vylko3
Reindeer husbandry is a strategically important industry in the Arctic regions of Russian Federation due to providing the native population with food stuffs. Observing the characteristics of rumen microorganisms’ composition is necessary to deepen the information on the reindeer physiology. In this paper, the results of molecular genetic analysis of the rumen bacterial community composition of young and adult specimen Rangifer tarandus individuals from Arctic regions of Russia are presented for the first time. Samples of ruminal contents were collected from 3 animals of each age group in 2017 summer-autumn period in the Yamal-Nenets Autonomous District and the Murmansk Province. The bacterial community composition of the reindeer rumen was analyzed in the laboratory of the «BIOTROF+» company by T-RFLP method (terminal restriction fragment length polymorphism). According to the biodiversity indicators, the Yamal-Nenets Autonomous District reindeer ruminal microorganisms’ diversity was significantly higher (P < 0.05) than that in the reindeers of Murmansk region. Young reindeers from the Yamalo-Nenets Autonomous District showed lower biodiversity indicators (P < 0.05) comparing to adults, whereas in the Murmansk region this was not observed. According to the taxonomic affiliation, it has been established that up to 83.50±5.07 % of the phylotypes belong to four bacterial phylums, the Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria and Proteobacteria, while Tenericutes, Fusobacteria, Acidobacteria, Cyanobacteria were less frequent. Ruminal microbiome of Rangifer tarandus reindeers showed much higher proportion of unidentified bacteria, as well as the Eubacteriaceae and Clostridiaceae bacteria, as compared to the most studied members of the Bovidae family. Note, that several Eubacteriaceae and Clostridiaceae members are capable of detoxification of usnic acid and other secondary metabolites produced by lichens. During the reindeer ontogenesis, noticeable changes in the ratio of phylotypes and taxonomic groups in rumen microbiota were found. The greatest age changes were noticed in the phylum Firmicutes composition. In adult reindeer rumen, the total counts of cellulosolytic bacteria of the Clostridia class, especially of the families Eubacteriaceae, Clostridiaceae and Lachnospiraceae potentially capable of hydrolysis of plant carbohydrates with the formation of volatile fatty acids (VFA), were significantly higher than in young group (P < 0.05). The inverse pattern was characteristic of bacteria with similar properties from the phylum Bacteroidetes, including the genera Bacteroides, Prevotella. Identification of a significant number of opportunistic and pathogenic microorganisms in the Rangifer tarandus rumen bacterial community, with the dominance of the phylum Fusobacteria, families Сampylobacteriaceae and Enterobacteriaceae, is also of interest. Up to date, this issue has been poorly observed. Direct regularity in changing ruminal pathogen profiles in reindeers of different age or from different habitat was not revealed. Perhaps the detected differences in the level of pathogenic and opportunistic microorganisms could be associated with other factors, e.g. specific pasture ration in different regions or the epizootic situation in the herd. Additional research will clarify the issues in question. In general, the obtained results can be used as a basis to develop recommendations for improving the efficiency of animals breeding.
Keywords: rumen microorganisms, molecular-genetic methods, reindeer, Rangifer tarandus, Arctic regions.
1ООО «БИОТРОФ+», |
Поступила в редакцию |
