Kim, Jong Nam;Song, Jaeyong;Kim, Eun Joong;Chang, Jongsoo;Kim, Chang-Hyun;Seo, Seongwon;Chang, Moon Baek;Bae, Gui-Seck
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
/
v.32
no.6
/
pp.776-782
/
2019
Objective: Fasting may lead to changes in the microbiota and activity in the rumen. In the present study, the effects of fasting on rumen microbiota and the impact of fasting on in vitro rumen fermentation were evaluated using molecular culture-independent methods. Methods: Three ruminally cannulated Holstein steers were fed rice straw and concentrates. The ruminal fluids were obtained from the same steers 2 h after the morning feeding (control) and 24 h after fasting (fasting). The ruminal fluid was filtrated through four layers of muslin, collected for a culture-independent microbial analysis, and used to determine the in vitro rumen fermentation characteristics. Total DNA was extracted from both control and fasting ruminal fluids. The rumen microbiota was assessed using denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and quantitative polymerase chain reaction. Microbial activity was evaluated in control and fasting steers at various intervals using in vitro batch culture with rice straw and concentrate at a ratio of 60:40. Results: Fasting for 24 h slightly affected the microbiota structure in the rumen as determined by DGGE. Additionally, several microorganisms, including Anaerovibrio lipolytica, Eubacterium ruminantium, Prevotella albensis, Prevotella ruminicola, and Ruminobacter amylophilus, decreased in number after fasting. In addition, using the ruminal fluid as the inoculum after 24 h of fasting, the fermentation characteristics differed from those obtained using non-fasted ruminal fluid. Compared with the control, the fasting showed higher total gas production, ammonia, and microbial protein production (p<0.05). No significant differences, however, was observed in pH and dry matter digestibility. Conclusion: When in vitro techniques are used to evaluate feed, the use of the ruminal fluid from fasted animals should be used with caution.
This study investigated the effects of acarbose addition on changes in ruminal fermentation characteristics and the composition of the ruminal bacterial community in vitro using batch cultures. Rumen fluid was collected from the rumens of three cannulated Holstein cattle fed forage ad libitum that was supplemented with 6 kg of concentrate. The batch cultures consisted of 8 mL of strained rumen fluid in 40 mL of an anaerobic buffer containing 0.49 g of corn grain, 0.21 g of soybean meal, 0.15 g of alfalfa and 0.15g of Leymus chinensis. Acarbose was added to incubation bottles to achieve final concentrations of 0.1, 0.2, and 0.4 mg/mL. After incubation for 24 h, the addition of acarbose linearly decreased (p<0.05) the total gas production and the concentrations of acetate, propionate, butyrate, total volatile fatty acids, lactate and lipopolysaccharide (LPS). It also linearly increased (p<0.05) the ratio of acetate to propionate, the concentrations of isovalerate, valerate and ammonia-nitrogen and the pH value compared with the control. Pyrosequencing of the 16S rRNA gene showed that the addition of acarbose decreased (p<0.05) the proportion of Firmicutes and Proteobacteria and increased (p<0.05) the percentage of Bacteroidetes, Fibrobacteres, and Synergistetes compared with the control. A principal coordinates analysis plot based on unweighted UniFrac values and molecular variance analysis revealed that the structure of the ruminal bacterial communities in the control was different to that of the ruminal microbiota in the acarbose group. In conclusion, acarbose addition can affect the composition of the ruminal microbial community and may be potentially useful for preventing the occurrence of ruminal acidosis and the accumulation of LPS in the rumen.
Ruminal methane production functions as the main sink for metabolic hydrogen generated through rumen fermentation and is recognized as a considerable source of greenhouse gas emissions. Methane production is a complex trait affected by dry matter intake, feed composition, rumen microbiota and their fermentation, lactation stage, host genetics, and environmental factors. Various mitigation approaches have been proposed. Because individual ruminants exhibit different methane conversion efficiencies, the microbial characteristics of low-methane-emitting animals can be essential for successful rumen manipulation and environment-friendly methane mitigation. Several bacterial species, including Sharpea, uncharacterized Succinivibrionaceae, and certain Prevotella phylotypes have been listed as key players in low-methane-emitting sheep and cows. The functional characteristics of the unclassified bacteria remain unclear, as they are yet to be cultured. Here, we review ruminal methane production and mitigation strategies, focusing on rumen fermentation and the functional role of rumen microbiota, and describe the phylogenetic and physiological characteristics of a novel Prevotella species recently isolated from low methane-emitting and high propionate-producing cows. This review may help to provide a better understanding of the ruminal digestion process and rumen function to identify holistic and environmentally friendly methane mitigation approaches for sustainable ruminant production.
Seul Lee;Jungeun Kim;Youlchang Baek;Pilnam Seong;Jaeyong Song;Minseok Kim;Seungha Kang
Journal of Animal Science and Technology
/
v.65
no.6
/
pp.1270-1289
/
2023
This study evaluates how different feeding systems impact ruminal fermentation, methane production, and microbiota of Hanwoo steers native to Korea. In a replicated 2 × 2 crossover design over 29 days per period, eight Hanwoo steers (507.1 ± 67.4 kg) were fed twice daily using a separate feeding (SF) system comprising separate concentrate mix and forage or total mixed rations (TMR) in a 15:85 ratio. The TMR-feeding group exhibited a considerable neutral detergent fiber digestibility increase than the SF group. However, ruminal fermentation parameters and methane production did not differ between two feeding strategies. In addition, TMR-fed steers expressed elevated Prevotellaceae family, Christensenellaceae R-7 group, and an unidentified Veillonellaceae family genus abundance in their rumen, whereas SF-fed steers were rich in the Rikenellaceae RC9 gut group, Erysipelotrichaceae UCG-004, and Succinivibrio. Through linear regression modeling, positive correlations were observed between the Shannon Diversity Index and the SF group's dry matter intake and methane production. Although feeding systems do not affect methane production, they can alter ruminal microbes. These results may guide future feeding system investigations or ruminal microbiota manipulations as a methane-mitigation practice examining different feed ingredients.
The gastrointestinal (GI) tract of ruminants contains diverse microbes that ferment various feeds ingested by animals to produce various fermentation products, such as volatile fatty acids. Fermentation products can affect animal performance, health, and well-being. Within the GI microbes, the ruminal microbes are highly diverse, greatly contribute to fermentation, and are the most important in ruminant nutrition. Although traditional cultivation methods provided knowledge of the metabolism of GI microbes, most of the GI microbes could not be cultured on standard culture media. By contrast, amplicon sequencing of 16S rRNA genes can be used to detect unculturable microbes. Using this approach, ruminant nutritionists and microbiologists have conducted a plethora of nutritional studies, many including dietary interventions, to improve fermentation efficiency and nutrient utilization, which has greatly expanded knowledge of the GI microbiota. This review addresses the GI content sampling method, 16S rRNA gene amplicon sequencing, and bioinformatics analysis and then discusses recent studies on the various factors, such as diet, breed, gender, animal performance, and heat stress, that influence the GI microbiota and thereby ruminant nutrition.
Objective: Ruminants are completely dependent on their microbiota for rumen fermentation, feed digestion, and consequently, their metabolism for productivity. This study aimed to evaluate the rumen bacteria of lactating yaks with different milk protein yields, using high-throughput sequencing technology, in order to understand the influence of these bacteria on milk production. Methods: Yaks with similar high milk protein yield (high milk yield and high milk protein content, HH; n = 12) and low milk protein yield (low milk yield and low milk protein content, LL; n = 12) were randomly selected from 57 mid-lactation yaks. Ruminal contents were collected using an oral stomach tube from the 24 yaks selected. High-throughput sequencing of bacterial 16S rRNA gene was used. Results: Ruminal ammonia N, total volatile fatty acids, acetate, propionate, and isobutyrate concentrations were found to be higher in HH than LL yaks. Community richness (Chao 1 index) and diversity indices (Shannon index) of rumen microbiota were higher in LL than HH yaks. Relative abundances of the Bacteroidetes and Tenericutes phyla in the rumen fluid were significantly increased in HH than LL yaks, but significantly decreased for Firmicutes. Relative abundances of the Succiniclasticum, Butyrivibrio 2, Prevotella 1, and Prevotellaceae UCG-001 genera in the rumen fluid of HH yaks was significantly increased, but significantly decreased for Christensenellaceae R-7 group and Coprococcus 1. Principal coordinates analysis on unweighted UniFrac distances revealed that the bacterial community structure of rumen differed between yaks with high and low milk protein yields. Furthermore, rumen microbiota were functionally enriched in relation to transporters, ABC transporters, ribosome, and urine metabolism, and also significantly altered in HH and LL yaks. Conclusion: We observed significant differences in the composition, diversity, fermentation product concentrations, and function of ruminal microorganisms between yaks with high and low milk protein yields, suggesting the potential influence of rumen microbiota on milk protein yield in yaks. A deeper understanding of this process may allow future modulation of the rumen microbiome for improved agricultural yield through bacterial community design.
Yoshiyuki Tsuchiya;Ena Chiba;Atsushi Kimura;Kenji Kawashima;Toshiya Hasunuma;Shiro Kushibiki;Yo-Han Kim;Shigeru Sato
Journal of Veterinary Science
/
v.24
no.2
/
pp.27.1-27.15
/
2023
Background: The relationships between the postpartum subacute ruminal acidosis (SARA) occurrence and predicted bacterial functions during the periparturient period are still not clear in Holstein cows. Objectives: The present study was performed to investigate the alterations of rumen fermentation, bacterial community structure, and predicted bacterial functional pathways in Holstein cows. Methods: Holstein cows were divided into the SARA (n = 6) or non-SARA (n = 4) groups, depending on whether they developed SARA during the first 2 weeks after parturition. Reticulo-ruminal pH was measured continuously during the study period. Reticulo-ruminal fluid samples were collected 3 weeks prepartum, and 2 and 6 weeks postpartum, and blood samples were collected 3 weeks before, 0, 2, 4 and 6 weeks postpartum. Results: The postpartum decline in 7-day mean reticulo-ruminal pH was more severe and longer-lasting in the SARA group compared with the non-SARA group. Changes in predicted functional pathways were identified in the SARA group. A significant upregulation of pathway "PWY-6383" associated with Mycobacteriaceae species was identified at 3 weeks after parturition in the SARA group. Significantly identified pathways involved in denitrification (DENITRIFICATION-PWY and PWY-7084), detoxification of reactive oxygen and nitrogen species (PWY1G-0), and starch degradation (PWY-622) in the SARA group were downregulated. Conclusions: The postpartum SARA occurrence is likely related to the predicted functions of rumen bacterial community rather than the alterations of rumen fermentation or fluid bacterial community structure. Therefore, our result suggests the underlying mechanisms, namely functional adaptation of bacterial community, causing postpartum SARA in Holstein cows during the periparturient period.
Dietary fiber is an inevitable component in pig diets. In non-ruminants, it may influence many physiological processes in the gastrointestinal tract (GIT) such as transit time as well as nutrient digestion and absorption. Moreover, dietary fiber is also the main substrate of intestinal bacteria. The bacterial community structure is largely susceptible to changes in the fiber content of a pig's diet. Indeed, bacterial composition in the lower GIT will adapt to the supply of high levels of dietary fiber by increased growth of bacteria with cellulolytic, pectinolytic and hemicellulolytic activities such as Ruminococcus spp., Bacteroides spp. and Clostridium spp. Furthermore, there is growing evidence for growth promotion of beneficial bacteria, such as lactobacilli and bifidobacteria, by certain types of dietary fiber in the small intestine of pigs. Studies in rats have shown that both phosphorus (P) and calcium (Ca) play an important role in the fermentative activity and growth of the intestinal microbiota. This can be attributed to the significance of P for the bacterial cell metabolism and to the buffering functions of Ca-phosphate in intestinal digesta. Moreover, under P deficient conditions, ruminal NDF degradation as well as VFA and bacterial ATP production are reduced. Similar studies in pigs are scarce but there is some evidence that dietary fiber may influence the ileal and fecal P digestibility as well as P disappearance in the large intestine, probably due to microbial P requirement for fermentation. On the other hand, fermentation of dietary fiber may improve the availability of minerals such as P and Ca which can be subsequently absorbed and/or utilized by the microbiota of the pig's large intestine.
This study examined changes of rumen fermentation, ruminal bacteria biodiversity and abundance caused by nitrate addition with Ion Torrent sequencing and real-time polymerase chain reaction. Three rumen-fistulated steers were fed diets supplemented with 0%, 1%, and 2% nitrate (dry matter %) in succession. Nitrate supplementation linearly increased total volatile fatty acids and acetate concentration obviously (p = 0.02; p = 0.02; p<0.01), butyrate and isovalerate concentration numerically (p = 0.07). The alpha (p>0.05) and beta biodiversityof ruminal bacteria were not affected by nitrate. Nitrate increased typical efficient cellulolytic bacteria species (Ruminococcus flavefaciens, Ruminococcus ablus, and Fibrobacter succinogenes) (p<0.01; p = 0.06; p = 0.02). Ruminobactr, Sphaerochaeta, CF231, and BF311 genus were increased by 1% nitrate. Campylobacter fetus, Selenomonas ruminantium, and Mannheimia succiniciproducens were core nitrate reducing bacteria in steers and their abundance increased linearly along with nitrate addition level (p<0.01; p = 0.02; p = 0.04). Potential nitrate reducers in the rumen, Campylobacter genus and Cyanobacteria phyla were significantly increased by nitrate (p<0.01; p = 0.01).To the best of our knowledge, this was the first detailed view of changes in ruminal microbiota by nitrate. This finding would provide useful information on nitrate utilization and nitrate reducer exploration in the rumen.
Objective: The aim of this experiment was to evaluate the effects of different dietary ratio of metabolizable glucose (MG) to metabolizable protein (MP) on growth performance, blood metabolites, rumen fermentation parameters and the ruminal microbial community of 8 to 10-month-old heifers. Methods: A total of 24 Holstein heifers weighing an average of 282.90 kg (8 month of age) were randomly assigned to four groups of six. The heifers were fed one of four diets of different dietary MG/MP (0.97, 1.07, 1.13, and 1.26). Results: The results showed that the ratio of MG/MP affected the growth performance, blood metabolites, rumen fermentation parameters and the ruminal microbial community of heifers. The average daily gain of heifers was enhanced by increasing the ratio of MG/MP (p<0.05). The concentration of blood urea nitrogen, cholesterol, and low density lipoprotein cholesterol as well as the concentration of total volatile fatty acid in the rumen fluid of heifers decreased with the improvement in the ratio of dietary MG/MP (p<0.05). However, the relative amount of Ruminococcus albus and Butyrivibrio fibrisolvens in the rumen of heifers was increased significantly (p<0.05) when the dietary MG/MP increased. At the same time, with the improvement in dietary MG/MP, the amount of Fibrobacter succinogenes increased (p = 0.08). Conclusion: A diet with an optimal ratio (1.13) of MG/MP was beneficial for the improvement of growth, rumen fermentation, dietary protein and energy utilization of 8 to 10-month-old dairy heifers in this experiment.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.