Effect of cow diet on the ruminal microflora and its in vitro fatty acid production

The objective of this study was to investigate the effects of donor’s cow diet (hay or maize silage plus concentrates) on ruminal bacteria count, flora diversity and fatty acids profile (FA) of ruminal fluid and in vitro biohydrogenation (BH) of C18:2. Two dry cows fitted with a ruminal canula were used in a 2x2 design. Each period included three weeks of diet adaptation and two weeks of sampling. The cows were fed twice daily either a diet (H) composed of grass (38%) and alfalfa hay (62%) or an acidogenic diet (A) composed of maize silage (38%), wheat (57%) and soybean (5%) meal. Ruminal fluid was sampled and centrifugated (150g, 5min., 39°C). The ruminal fluid (80mL) was mixed with 80mL of buffer, a fermentative substrate and grape seed oil as source of C18:2 before being incubated during 6 hours at 39°C in anaerobic and dark conditions. Biodiversity was estimated by the Simpson index modified by Haegeman et al.1 after SSCP analysis, and FA were analysed by GLC. Bacteria counting was realised according to Oblinger and Koburger2 (1975). Total and cellulolytic bacteria contents were higher in inoculum A than in inoculum H (9.3.109 vs. 2.4.108/mL for total bacteria and 2.4.108 vs. 1.6.107/mL for cellulolytic bacteria). No difference in the biodiversity of the inoculums was noticed according to the cow or the diet, but diversity during period 1 tended to differ (P=0.09) from period 2, suggesting a time variation of flora biodiversity. Before incubation, the ruminal fluid from the cow receiving diet A contained significantly (P<0.01) more C18:2, trans-10 and trans-11 C18:1, and odd-chain FA than inoculum from the cow receiving diet H. After incubation, inoculum A resulted in a significantly (P<0.01) greater BH of C18:2 than inoculum H, and produced more trans-10C18:1, trans-11C18:1 and odd-chain FA (P<0.01) Trans-10 and odd-chain FA are known to be increased by a high concentrate diet, which explains that inoculum A was richer in these FA than inoculum H. The ruminal flora selected in vivo by diet A continued the production of these FA in vitro. The greater content of trans-11C18:1 and of C18:2 in the inoculum A could be explained by the greater content in C18:2 of the diet A. During incubation with added C18:2, inoculum A continued to produce more trans-11 along with a higher C18:2 BH than inoculum H, which could be due to the higher concentration of cellulolytic bacteria in the inoculum A

Random changes in the heifer rumen in bacterial community structure,physico-chemical and fermentation parameters, and in vitro fiber degradation

The variability over time of several main ruminal characteristics was studied in heifers over 15 consecutive weeks. Three heifers were assigned to a low-fiber diet (27% NDF) and three to a high-fiber diet (44% NDF). The physico-chemical (pH and redox potential) and fermentation(volatile fatty acids and ammonia contents) parameters were determined on 1 day per week for 15 consecutive weeks. On the same days the bacterial community structure was studied using a molecular fingerprint technique and the ruminal fiber degradation was studied by in vitro incubation of a withdrawn ruminal content sample. Numerous random changes were observed from week to week for all physico-chemical and fermentative parameters and in vitro fiber degradation. The redox potential was the only parameter to show a significant interaction between diet and week. Except for the ammonia content, the amplitudes of fluctuations observed were higher for the low-fiber diet. The bacterial community structure did not differ between diets or weeks. The in vitro fiber degradation was similar for both diets, with numerous random changes throughout the study. The findings of this study indicated that most of the parameters of the ruminal ecosystem had time-related changes with random fluctuations around a mean value which reflect an unstable equilibrium. This conclusion was valid for both low- and high-fiber diets

Etude par pyroséquençage haut débit (454) de l’implantation des bactéries au niveau du rumen du veau laitier, de sa naissance au sevrage

Objectif : Décrire la séquence temporelle d'implantation de la population bactérienne au niveau du rumen chez le veau, de la naissance jusqu'au sevrage, via des outils de microbiologie moléculaire

Implantation du microbiote et mise en place des fonction du rumen chez le veau de race laitière et effet de la supplémentation en levures vivantes.

Le veau nouveau-né possède un rumen peu développé et non fonctionnel. Au cours des premiers mois, les fonctions digestives s établissent, avec l implantation du microbiote composé majoritairement de bactéries, archées et protozoaires. Les objectifs de ce travail étaient doubles : i) caractériser et comprendre la séquence d implantation taxonomique des microorganismes du rumen chez le veau par des techniques de biologie moléculaire et de dénombrement, ainsi que la séquence de mise en place des paramètres fermentaires (AGV et ammoniac) et des activités principales enzymatiques chez le veau en périodes pré- et post-sevrage, ii) étudier l effet de l addition de levures vivantes sur la mise en place de cet écosystème ruminal en périodes pré- et post-sevrage. D une part, nos travaux ont permis de confirmer qu à la naissance, le rumen chez le veau, est dépourvu de micro-organismes, d AGV, d activité xylanasique et amylasique, avec un pH proche de la neutralité et un Eh fortement positif. La colonisation du rumen se fait dès la naissance, pendant les 15 premiers jours de la vie de l animal par un microbiote complexe prédominé par les bactéries (phyla Proteobacteria et Bacteroidetes) et comprenant aussi des archées (majoritairement Methanobrevibacter). En même temps, le Eh devient fortement négatif. Ces communautés entraînent la production de produits fermentaires grâce à leurs activités enzymatiques. Entre 15 jours et le sevrage, avec l ingestion d aliments solides, la composition du microbiote du rumen évolue pour se rapprocher de celle de ruminants adultes, sans atteindre pour autant la maturité en termes de densités et abondances relatives. A cette période, le phylum Bacteroidetes est majoritaire, avec le genre Prevotella. Après le sevrage de légers changements apparaissent sur certains paramètres fermentaires comme les AGV sans doute en raison d une évolution du microbiote qui devient moins diversifié et plus adapté à la dégradation d aliments solides. L apparition, à partir de 90 jours, des protozoaires ciliés dans le rumen semble conditionnée par la présence d animaux adultes à proximité. A 4 mois d âge, l écosystème ruminal tend à devenir proche de celui observé chez les animaux adultes en matière de paramètres fermentaires, activités enzymatiques et composition taxonomique du microbiote. D autre part, nos travaux ont permis de conclure que, avant sevrage, une supplémentation en levures vivantes (Saccharomyces cerevisiae) diminue l ingestion de concentrés, conduit à une apparition plus précoce de la communauté des protozoaires et une plus grande densité d archées, mais a peu d'effets sur la densité et la diversité de la communauté bactérienne, à l'exception de variations d abondances de quelques taxa mineurs. L apport de levures entraîne une diminution de la protéolyse, une augmentation de la proportion d'acétate ruminal et une diminution de la proportion de propionate. Au cours de la période post-sevrage, les veaux supplémentés en levures consomment plus de foin et la densité en archées est plus importante alors qu une réduction de la diversité et de la densité de la communauté bactérienne est observée, mais accompagnée d une augmentation de l abondance relative des bactéries dégradant l amidon, les pectines, les protéines et majoritairement les parois cellulaires en fonction des substrats présents dans le rumen. Ces changements sont probablement à relier aux augmentations de l'activité xylanasique et de la proportion d'acétate. L ensemble des résultats acquis dans ce travail de thèse a permis d apporter un certain nombre de connaissances et une meilleure compréhension de la mise en place de l écosystème ruminal chez le veau de race laitière en périodes pré- et post-sevrage, ainsi que quelques pistes pour orienter ou améliorer cette implantation pour une meilleure maîtrise de l élevage des veaux d élevage.The newborn calf has a little and non-fonctional rumen. During the first months of life, digestive functions establish, in relationship with the colonization by a microbiota mainly composed of bacteria, archaea and protozoa. This study had two objectves: i) characterize and understand the sequence of establishment of ruminal microbiota in calves by molecular biology and counting techniques abd describe the appearance of fermentation parameters (VFA and ammonia) and enzyme activities during the pre- and post-weaning periods, ii) define the effect of yeast supplementation on the establishment of the ruminal ecosystem in pre-and post-weaning periods. On the one hand, our work confirmed that at birth, calf rumen is devoid of micro-organisms, AGV, xylanase and amylase activities, with a pH close to neutrality and a strongly positive Eh. From 2 to 15 days of age, the rumen is colonized by a complex microbiota dominated by bacteria (Proteobacteria and Bacteroidetes phyla) and also containing archaea (with mainly the Methanobrevibacter genus), and Eh becomes strongly negative. These communities result in the production of fermentation products due to their enzymatic activities. Between 15 days and weaning, with the ingestion of solid food, the composition of rumen microbiota changes to become closer to that of adult ruminants without reaching maturity in term of densities and relative abundances. At this time, the phylum Bacteroidetes is predominant with the Prevotella genus. After weaning, slight differences occurs on some fermentative parameters such as VFA, probably related to a change in the microbiota that becomes less diversified and more adapted to the degradation of solid food. From 90 days, the establishment of ciliated protozoa in the calf rumen seems conditioned by the proximity with adult animals. From 4 months of age, considering fermentation, enzymatic and taxonomic composition of the microbiota, the ruminal ecosystem tends to be similar to that observed in adult animals. On the other hand, our work showed that during the pre-weaning period, the supplementation with live yeast (Saccharomyces cerevisiae) results in a lower concentrate intake, an earlier establishment of ciliated protozoa and a higher archaeal community density, but poorly affects the density and diversity of the bacterial community, with the exception of changes in abundances of some minors taxa. Yeast supplementation reduces proteolysis, increases the proportion of acetate and decreases that of propionate. During the post-weaning period, yeast supplemented calves consumed more hay, had a higher archaeal density, but a lower diversity and density of the bacterial community with an increased relative abundance of fiber, protein, starch, pectine degrading bacteria compared to control according to the substrates present in the rumen. These changes are probably related to increases of the xylanolytic activity and the proportion of acetate. Taken together, results obtained in his thesis have improved knowledge and understanding of the establishment of the ruminal ecosystem in the dairy calf in pre- and post-weaning periods, and carried some possibilities to orientate or improve the ruminal establishment for better control of calves rearing.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Mesure in vitro de l'activité de la communauté bactérienne ruminale

Les techniques modernes de biologie moléculaire permettent une description de la micropopulation ruminale. L’étude de l’activité de cette population sur les principaux constituants de la ration est souvent réalisée in vitro. L’objectif de cette étude était de vérifier si la population bactérienne est active mais n’évolue pas pendant une courte incubation in vitro, ce qui permettrait de mettre en relation le profil et l’activité des bactéries. La communauté bactérienne mise à incuber in vitro n’a pas évolué, ni en quantité, ni en structure ou en diversité, ce qui suggère que les conditions de culture n’entraînent pas une sélection de certaines espèces au cours des 6 premières heures. Cette communauté est restée active, puisque capable de dégrader les différents substrats : matières azotées, glucides et lipides. Une mesure in vitro de l’activité microbienne est donc possible, et pourrait s’avérer intéressante à associer aux techniques de biologie moléculaire afin de mieux caractériser la communauté bactérienne d’un prélèvement

What is the impact of the rearing management applied during the heifers' whole life on the toughness of five raw rib muscles in relation with carcass traits?

The aims of this study were, analysing the effects of rearing managements, carcass traits, and muscle type (M. complexus [CP], M. infraspinatus [IF], M. longissimus [LM], M. rhomboideus [RH], and M. serratus ventralis [SV]) on toughness of raw meat; developing prediction models to act on their toughness. According to our results obtained on the data of 77 heifers, the IF raw muscle was the toughest and appeared the most sensitive to a change in the rearing management. The four other raw muscles had a similar toughness within heifers from the same rearing management. The five raw muscles were less tough when the carcass was heavier and had higher dressing percentage and conformation. The 3 models explained about 40% of the variability observed. Our models showed that it is possible to improve the potential tenderness of raw meat, acting on: age of the heifer's mother, growth rate during the growth and fattening periods, slaughter age, carcass weight and temperature 24h post-mortem

Analyse comparée des écosystèmes digestifs du rumen de la vache et du caecum du lapin

Dans cette revue nous avons synthétisé les données obtenues dans notre équipe et celles de la bibliographie afin de contribuer à une meilleure connaissance de l’écologie des communautés bactériennes et archées des fermenteurs digestifs des mammifères herbivores. L’analyse a porté sur la comparaison des deux principales stratégies digestives rencontrées chez les mammifères herbivores actuels : un fermenteur en position proximale, le rumen, et un fermenteur en position distale, le caecum. Parmi les espèces d’intérêt agronomique,la vache et le lapin on été choisis comme animaux modèles. Après avoir rappelé les caractéristiques anatomiques et physicochimiques de ces fermenteurs digestifs, nous avons analysé les spécificités de leurs communautés procaryotiques liées à l’hôte, la variabilité individuelle, la structuration spatiale (inter- et intra- fermenteurs digestifs) et la dynamique temporelle (journalière et hebdomadaire) avec ou sans perturbation nutritionnelle induite

Distrubution de l'azote entre le lait, les fèces et l'urine chez la vache laitière alimentée aves des rations déficitaires en azote fermentescible

The variation of the nitrogen distribution in the output compartments milk, urine and faeces has been studied in dairy cows. A model carried out by bibliographie analysis shows the central role of the crude protein leve! of diets on predictions of nitrogen recovery in milk or its losses in urine or faeces. All experimental diets are made using a systematically deficit of rumen fermentable nitrogen ( dPDI ~ 10 g/kg DM) to maximise utilisation in milk by favouring nitrogen recycling. The first trial confrrmed that ali N outputs increased with the CP level, running from 13 to 16% of the DM. The recovery rate in milk of nitrogen intake or digested nitrogen decreased whereas digestibility and relative urinary losses increased. A second trial showed for two CP levels (13% and 14%), that its determination on the nitrogen recovery in milk was independent of lactation state as this last factor and CP level affected separately milk nitrogen. The third trial studied the effect of an additional energy supply for two given CP levels in the diet (12% and 14%) on nitrogen outputs. This supply enhanced an increased nitrogen intake and apparent digestibility. No improvement by the supplementary energy of the recovery rate of fed nitrogen in milk has been noted for both CP levels. Even if urinary losses were similar between both energy supplies at both CP levels, at the higher level (14% CP) feed nitrogen loosed in urine as urea nitrogen is higher with the supplementary energy. In this case, the increased nitrogen intake are not completely buffered by a more efficient metabolic conversion into milk. For a given range of CP levels, the metabolic utilisation of feed nitrogen in milk in our trials was systematically higher than the bibliographie values in average. As recycling has been stimulated in all diets by a systematic deficit of fermentable nitrogen, this result could be du to an underestimated metabolic nitrogen supply. The nitrogen recovered in urine and faeces was Jess sensitively affected by this supplementary nitrogen source.La variation de la distribution d'azote entre lait, urine et fèces a été étudiée chez la vache laitière. Une modélisation avec les données bibliographiques démontre l'impact déterminant de la teneur en MAT de la ration sur la prédiction des quantités sécrétées et rejetées. Les rations utilisées lors des expérimentations présentent un déficit en azote fermentescible (dPDI [environ] 10g/kg MS) pour optimiser la valorisation par un recyclage accru. Un premier essai utilisant des teneurs de 13 à 16% MAT dans la ration confirme que les quantités exportées augmentent avec la teneur en MAT. La valorisation dans le lait de l'azote ingéré ou de l'azote digéré diminue alors que la digestibilité apparente de l'azote et le rapport azote urinaire / azote apporté augmentent. Un deuxième essai montre que, pour des rations à 13 et 14% MAT, la réponse de l'exportation de l'azote dans le lait ne dépend pas du stade de lactation (semaine de lactation 3 à 18), les facteurs stade et teneur en MAT étant indépendants. Enfin, un troisième essai a étudié l'effet d'un apport supplémentaire d'énergie (+0,05 UFL/kg MS) sur la distribution de l'azote pour deux niveaux azotés donnés (12 et 14% MAT). Cet apport d'énergie génère une augmentation d'ingestion d'azote et une augmentation de sa digestibilité apparente. Il permet de maintenir la part de l'azote apporté dans le lait pour les deux niveaux azotés. Même si l'excrétion urinaire d'azote représente des parts similaires avec les deux apports d'énergie, il y a une augmentation de la proportion d'azote uréique pour la ration 14% MAT. Pour ce régime, l'augmentation d'ingestion d'azote n'est pas entièrement compensée. La valorisation systématiquement supérieure dans le lait de l'azote apporté par rapport à la moyenne des données de la littérature peut s'expliquer par une mise à disposition supplémentaire d'azote au métabolisme par le recyclage. Les excrétions urinaire et fécale d'azote répondent moins fortement à ce déficit d'azote fermentescible

Distrubution de l'azote entre le lait, les fèces et l'urine chez la vache laitière alimentée aves des rations déficitaires en azote fermentescible

NANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Dégradation ruminale du maïs fourrage en fonction de sa forme de présentation

International audienc