doi: 10.15389/agrobiology.2019.6.1177rus
УДК 636.294:636.086.2/.3:579
Исследование выполнено при поддержке гранта РНФ для реализации научного проекта № 17-76-20026 «Микробиоценоз рубца Rangifer tarandus Арктических регионов России как фундаментальная основа получения перспективных биотехнологий для сельскохозяйственных животных».
МЕСТО ОБИТАНИЯ КАК ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ ФАКТОР
ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОБИОМА РУБЦА У СЕВЕРНЫХ ОЛЕНЕЙ
В АРКТИЧЕСКОЙ РОССИИ
Л.А. ИЛЬИНА1, К.А. ЛАЙШЕВ2, Е.А. ЙЫЛДЫРЫМ1,
В.А. ФИЛИППОВА1, Т.П. ДУНЯШЕВ1, А.В. ДУБРОВИН1,
Д.В. СОБОЛЕВ1, Н.И. НОВИКОВА1, Г.Ю. ЛАПТЕВ1,
А.А. ЮЖАКОВ2, Т.М. РОМАНЕНКО3, Ю.П. ВЫЛКО3
Северный олень (Rangifer tarandus) географически изолирован от других подвидов жвачных семейства Cervidae, что предполагает формирование специфических микробных сообществ рубца у этого вида. Известно, что приуроченность к определенным экологическим условиям может оказывать значимое влияние на состав микробиоты рубца жвачных. В настоящей работе с применением молекулярно-биологического анализа впервые показано, что одним из ключевых факторов, влияющих на состав микробиома рубца у северного оленя, служит место обитания. Цель работы состояла в оценке региональных и половозрастных особенностей микробиома рубца северных оленей из различных природно-климатических зон Российской Федерации с использованием T-RFLP-анализа (terminal restriction fragment length polymorphism) и количественной ПЦР. Объектом исследования были 58 особей северных оленей ненецкой породы — телята (4-8 мес) и взрослые особи. Содержимое рубца северных оленей отбирали в летне-осенний период 2017 года (n ≥ 3 из каждой возрастной группы) в Ямало-Ненецком автономном округе (АО) (п.г.т. Харп, лесотундровая природно-климатическая зона), Ненецком АО (п. Нельмин-Нос, тун-дровая природно-климатическая зона) и Мурманской области (ст. Лопарская, тундровая природно-климатическая зона). Также для анализа были отобраны образцы пастбищной растительности, составлявшие основу рациона северных оленей в каждом регионе. Общее количество бактерий, архей и грибов класса Neocallimastigales в содержимом рубца анализировали методом количественной ПЦР, состав бактериального сообщества — методом Т-RFLP. Основным детерминантом всех компонент микробного сообщества рубца северных оленей оказались региональные условия обитания, что, по всей видимости, обусловлено различиями в составе пастбищного рациона и эпизоотической ситуацией в стаде. Наименьшее сходство с другими регионами по составу содержимого рубца было выявлено у образцов из Мурманской области. Половозрастные различия животных оказались менее значимыми, однако вносили определенный вклад в соотношение микроорганизмов в рубце. Выявленные изменения микробиоты были неодинаковы у особей из разных регионов. Так, у северных оленей старше 2 лет из Мурманской области и Ямало-Ненецкого АО наблюдалось достоверное увеличение численности бактерий (p < 0,05), в отличие от особей из Ненецкого АО. Вне зависимости от региона отбора образцов доминирующими в содержимом рубца были представители филума Firmicutes,в меньшей степени детектированы бактерии филумов Bacteroidetes, Proteobacteria, Actinobacteria, доля других выявленных таксонов (Tenericutes, Fusobacteria, Cyanobacteria) в сообществе была минорной. В целом, отмечены значимые изменения представленности ряда таксонов в связи с показателями питательности пастбищного рациона северных оленей. Помимо рубцовых микроорганизмов, традиционно связанных с деградацией целлюлозы, статистически значимую связь установили между содержанием клетчатки в пастбищных кормах и численностью членов семейств Veillonellaceae (r = -0,75), Nostocaceae (r = 0,52), Rivulariaceae (r = -0,88). Значимой взаимосвязи количества условно-патогенных микроорганизмов из филумов Fusobacteria, Tenericutes (семейство Mycoplasmataceae) и Proteobacteria (семейства Enterobacteriaceae, Campylobacteraceae) с показателями питательности кормов и представленностью других групп микроорганизмов мы не отмечали. Для углубленного изучения выявленных закономерностей, их причин и механизмов требуются дополнительные исследования.
Ключевые слова: T-RFLP-анализ, количественная ПЦР, микробиом рубца, северный олень, Rangifer tarandus, Российская Арктика.
HABITAT AS A DETERMINING FACTOR FOR THE REINDEER RUMEN MICROBIOME FORMATION IN RUSSIAN ARCTIC
L.A. Ilina1, K.A. Layshev2, E.A. Yildirim1, V.A. Philippova1,
T.P. Dunyashev1, A.V. Dubrovin1, D.V. Sobolev1, N.I. Novikova1,
G.Yu. Laptev1, A.A. Yuzhakov2, T.M. Romanenko3, Yu.P. Vylko3
Reindeer (Rangifer tarandus) is geographically isolated from other subspecies of the ruminant family Cervidae. It is known that belonging to certain environmental conditions can have a significant impact on the composition of the ruminant rumen microbiome. With the use of molecular-biological analysis, we studied for the first time the patterns of formation of the reindeer’s rumen microbial communities for the Rangifer tarandus living in different natural and climatic zones of the Russian Federation. The purpose of the study is to assess the regional features of the reindeer’s rumen microbiome into the different Arctic regions of Russia using T-RFLP analysis and quantitative PCR. It was made a comparative analysis of the influence of a number of factors on the composition of the reindeer rumen microbiome, incl. gender and age peculiarities, regional habitat conditions and feeding ration features. Samples of the rumen content were collected in the summer-autumn period of 2017 from 58 individuals (n ≥ 3 from each age group) in the Yamalo-Nenets Autonomous District (AO), Nenets Autonomous District and the Murmansk region. The total number of bacteria, archaea, and fungi of the Neocallimastigales was analyzed by quantitative PCR, and the composition of the bacterial community by T-RFLP (terminal restriction fragment polymorphism) method. The main determinant of all components of the microbial community of the reindeer’s rumen is regional habitat conditions, which, apparently, is due to differences in the composition of the pasture diet and the epizootic situation in the herd. The smallest similarity with other regions was found for samples from the Murmansk region, which is probably due to differences in reindeer pasture ration in this region, i.e. the differences in the composition of vegetation and lower nutritional values. Gender and age differences of animals were less significant though made a certain contribution to the ratio of microorganisms in the rumen. The clearest differences in the rumen microbiota were detected between groups of animals under 2 years of age and older than 2 years. In general, significant changes in the representation of a taxa number were noted in connection with the nutritional value of pasture ration. A statistically significant relationship was established between the level of fiber in grazing feed and members of the families Veillonellaceae (r = -0.75), Nostocaceae (r = 0.52), Rivulariaceae (r = -0.88), etc. in addition to traditionally associated with the processes of cellulose degradation bacteria. There is no significant correlation between the content of conditionally pathogenic microorganisms from the Fusobacteria, Tenericutes (Mycoplasmataceae), Proteobacteria (Enterobacteriaceae, Campylobacteraceae) and the nutritional value of feeds and other groups of microorganisms, which indicates the need for more research in this direction. The obtained data clarify aspects of the interaction and cohabitation of symbionts in the complex-component system of the reindeer rumen, which is characterized by the diversity of sources of plant polysaccharides and the variety of enzymes produced by microorganisms.
Keywords: Rangifer tarandus, T-RFLP analysis, quantitative PCR, rumen microbiome, reindeer, Russian Arctic.
1ООО «БИОТРОФ+», |
Поступила в редакцию |
