Почему джерсийская порода лучше переносит тепловой стресс

Изменение климата и продуктивность молочного скота

При повышении температуры нейроны посылают сигналы в гипоталамус, запуская физиологические, анатомические и поведенческие реакции у коров с целью поддержания теплового баланса. Эти реакции направлены на изменение их физиологии (пищеварительной, метаболической и гормональной), снижение потребления корма, удоя и качества молока, а также приводят к некоторой иммуносупрессии. Следовательно, рост температуры окружающей среды увеличивает производственные затраты и снижает рентабельность ферм.

Сравнение голштинской и джерсейской пород

Наиболее продуктивные молочные породы коров — голштины и джерси — генетически более адаптированы к холодному климату. В настоящее время они распространены по всему миру в различных климатических зонах, поэтому в некоторых регионах они подвергаются сильному тепловому стрессу.

В целом голштины дают больше молока и более чувствительны к изменениям температуры, влажности, движения воздуха и солнечной радиации. Джерси имеют иной продуктивный фенотип: они дают меньше молока, но с более высоким содержанием белка и жира.

Предыдущие исследования показали, что голштины производят 97% от своей нормальной продуктивности при температуре окружающей среды 29°C и относительной влажности 40%. У джерси этот показатель падает до 93%. Однако при повышении относительной влажности до 90% продуктивность голштинов снижается до 65% от нормы, а у джерси — до 75%. Другие исследования описывают, что джерси лучше адаптируются к теплой и влажной среде по сравнению с голштинами, сохраняя более стабильную продуктивность.

Исследование микробиома рубца

Генетические различия между двумя породами сами по себе не объясняют их физиологические различия в полной мере, что позволяет предположить наличие других факторов, которые могут приводить к этим различиям, например, различий в микробиоме рубца. Исследование (Dong-Hyeon et al., 2020) было проведено в Республике Корея для оценки изменений в микробиоме рубца у коров голштинской и джерсейской пород, подвергнутых тепловому стрессу.

Под термином «микробиом» понимается совокупность всех генов, присутствующих в популяции микроорганизмов, населяющих рубец коровы. В данном исследовании ставилась цель выявить различия в функциональных характеристиках и метаболитах микробиома рубца в ответ на тепловой стресс с помощью метагеномного (анализ генетического материала микроорганизмов) и метаболомного (изучение биохимических процессов с участием метаболитов) анализов.

Гипотеза исследования заключалась в том, что температура окружающей среды изменяет микробиом рубца, что, в свою очередь, может влиять на устойчивость к тепловому стрессу у обеих пород. Были отобраны две группы коров голштинской и джерсейской пород, которые содержались в стабильных экспериментальных условиях в самые жаркие месяцы года (с мая по август) в коровниках с принудительной вентиляцией и получали полнорационную смесь ad libitum.

Тепловой стресс оценивали на основе индекса температуры и влажности (THI), определенного Национальным исследовательским советом, ректальной температуры и частоты дыхания. Были взяты образцы рубцовой жидкости для выделения микробной ДНК из микроорганизмов рубца и генетического секвенирования штаммов.

Результаты: различия в реакции на тепловой стресс

Голштины более чувствительны к температуре окружающей среды, чем джерси

• Были обнаружены значительные различия в метаболитах рубца и метаболических путях между двумя породами. Также были выявлены таксономические и генетические различия в рубцовых бактериях, присутствующих в обеих группах.

• В условиях теплового стресса (THI 87,5) у голштинов наблюдалась более высокая частота дыхания (98,4 цикла/мин), чем у джерси (81,8 цикла/мин), по сравнению с нормальными условиями (THI 69,6). Кроме того, ректальная температура повышалась у голштинов (39,8°C), но не у джерси (38,7°C). Эти результаты показали, что голштины более чувствительны к температуре окружающей среды, чем джерси.

Состав микробиома рубца различался у двух пород

• Что касается микробного разнообразия, результаты показали, что тепловой стресс по-разному влиял на обе породы, поскольку изменения в составе микробиома рубца наблюдались при тепловом стрессе, и эти различия были значимыми между породами.

• Эффективность микробного метаболизма в рубце тесно связана с теплопродукцией в рубце, и эту теплопродукцию можно косвенно оценить через бактериальный рост. Взаимодействие между эффективностью микробного метаболизма (включая продукцию метана и тепла) в рубце в настоящее время точно неизвестно, но существует вероятность того, что неэффективные метаболические реакции рубцовых бактерий могут усиливать теплопродукцию у голштинов в условиях теплового стресса.

Выводы

• В данном исследовании сделан вывод о том, что джерси демонстрируют более умеренную реакцию на тепловой стресс по сравнению с голштинами, и это может быть обусловлено различиями в составе микробиома рубца.

• Эти различия в рубцовой микрофлоре объясняются наличием определенных видов бактерий, которые могут быть источником теплопродукции у голштинов.

• У коров джерсейской породы наблюдались более выраженные изменения в видовом составе бактерий и функциональном генетическом разнообразии, что делает их более легко адаптируемыми к климатическим изменениям.