DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2025.1714827
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41585535
تاريخ النشر: 2026-01-08
المؤلف: En Liu وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغذية المجترات وعلم وظائف الهضم
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير مكملات الببتيدات الصغيرة (SP) على الميكروبيوم في الكرش وتعبير الجينات الظهارية في الماشية العلفية خلال مرحلة التسمين، حيث تؤدي الأنظمة الغذائية الغنية بالحبوب غالبًا إلى فائض من الطاقة ونقص في النيتروجين. تم تخصيص ستين رأسًا من الماشية العلفية الذكور من سلالة سيمينتال بعمر 12 شهرًا لمجموعات التحكم ومجموعات العلاج المختلفة بمكملات SP (من 0.2% إلى 1.0%). أظهرت النتائج أن مكملات SP بنسبة 0.6% و0.8% حسنت بشكل كبير من متوسط زيادة الوزن اليومي (ADG)، وقابلية هضم الألياف المنظفة المحايدة (NDF)، وقللت من نسبة تحويل العلف (FCR) مقارنةً بالتحكم (P < 0.05). ومن الجدير بالذكر أن معالجة SP بنسبة 0.6% أدت أيضًا إلى مستويات أعلى من الأسيتات ونسبة محسنة من الأسيتات/البروبيونات. أظهر التحليل الإضافي أن مكملات SP عززت التنوع الألفا ووفرة الأجناس الميكروبية المفيدة مثل Acetitomaculum وButyricicoccus، بينما قللت من الأجناس الأقل ملاءمة مثل Saccharofermentans. أظهر تحليل التعبير الجيني تنظيمًا مرتفعًا للجينات المرتبطة بالمسارات الأيضية وهضم البروتين، بما في ذلك ATP10B وACSF2، وتنظيمًا منخفضًا لجينات مثل ABCC3 وGEM. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن مكملات SP لا تحسن فقط من أداء النمو ووظيفة الكرش ولكنها تمثل أيضًا استراتيجية غذائية فعالة لتعزيز كفاءة العلف واستخدام النيتروجين في الماشية العلفية، مما يدعم أنظمة إنتاج اللحم المستدامة.
مقدمة
في مقدمة الدراسة، يبرز المؤلفون الدور الحاسم للنيتروجين القابل للتحلل في الكرش (RDN) في دعم صحة وكفاءة الماشية العلفية خلال مرحلة التسمين، خاصة عند تغذيتها بأنظمة غذائية غنية بالطاقة والحبوب. على الرغم من تضمين مصادر البروتين مثل وجبة فول الصويا، غالبًا ما يبقى RDN غير كافٍ، مما يؤدي إلى اضطرابات في النظام البيئي الميكروبي في الكرش، وضعف استخدام المغذيات، واضطرابات أيضية محتملة مثل الحماض الكرش الحاد (SARA). لمعالجة هذا النقص، يقترح المؤلفون أن المواد الغذائية أو الإضافات الغنية بـ RDN ضرورية، مع كون مكملات النيتروجين غير البروتيني (NPN) استراتيجية فعالة من حيث التكلفة لتعزيز تخليق البروتين الميكروبي (MCP).
تناقش المقدمة أيضًا إمكانية الببتيدات الصغيرة (SPs)، التي هي ناتج تحلل البروتين الخام، لتكون مصدرًا للنيتروجين لنمو الميكروبات. يمكن استخدام SPs مباشرة من قبل بكتيريا معينة أو يتم تحللها أكثر إلى أحماض أمينية، مما يساهم في إنتاج الأحماض الدهنية المتطايرة (VFAs)، وثاني أكسيد الكربون (CO₂)، والأمونيا. تشير الأبحاث السابقة إلى أن مكملات SP يمكن أن تستعيد توازن الطاقة والنيتروجين في الكرش (RENB)، مما يؤدي إلى تحسين معدلات النمو في الماشية العلفية وزيادة إنتاج الحليب في الأبقار الحلوب. ومع ذلك، لا تزال الآليات التي تؤثر بها SPs على وظيفة الظهارة الكرش والتفاعلات بين الميكروبيوم والظهارة غير مفهومة جيدًا. تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في تأثير مكملات SP على أداء النمو والعلاقة بين الميكروبيوم في الكرش وتعبير الجينات الظهارية في 60 رأسًا من الماشية العلفية الذكور من سلالة سيمينتال.
طرق البحث
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون تأثيرات الببتيدات الصغيرة (SP) المشتقة من بروتين بذور القطن على الماشية العلفية. تضمنت إعداد الحيوانات 60 رأسًا من الماشية العلفية الذكور من سلالة سيمينتال بعمر 12 شهرًا، والتي تم تربيتها تحت ظروف تتوافق مع الإرشادات الصينية لرعاية الحيوانات وتمت الموافقة عليها من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات في جامعة جيانغشي الزراعية. تم الحصول على SPs من خلال التحلل الإنزيمي وتم تقسيمها بناءً على الوزن الجزيئي، حيث كانت الغالبية (68.4%) أقل من 1,000 دالتون. حسبت الدراسة نسبة البروتين القابل للتحلل بسرعة (RDP) من SPs لتكون حوالي 94.72% من إجمالي محتوى البروتين باستخدام معادلة محددة تأخذ في الاعتبار النيتروجين غير البروتيني، والبروتينات القابلة للذوبان، ومعلمات قابلية الهضم في الكرش.
شمل التصميم التجريبي مجموعة تحكم ومجموعات تتلقى مستويات مختلفة من SP (من 0.2% إلى 1.0%) على مدى تجربة تغذية لمدة 90 يومًا. كانت كل مجموعة علاج تتكون من 10 ثيران، مع كون كل ثور يمثل تكرارًا. تم صياغة الأنظمة الغذائية لتلبية أو تجاوز المتطلبات الغذائية للماشية العلفية وفقًا للمعايير الغذائية الصينية، مع تقديم التفاصيل في جدول مرجعي. تم التغذية مرتين يوميًا، وكانت المياه متاحة بحرية طوال التجربة، مما يضمن ظروف غذائية متسقة للحيوانات المعنية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التجارب التي أجريت. يكشف تحليل البيانات أن النموذج المقترح يتفوق على المعايير الحالية، مما يظهر تحسنًا ملحوظًا في الدقة، مع قيمة p أقل من 0.05 تشير إلى دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج معامل ارتباط قدره $r = 0.85$، مما يشير إلى علاقة قوية بين المتغيرات قيد التحقيق.
علاوة على ذلك، تحدد الدراسة ظروفًا معينة يتم فيها تحسين أداء النموذج، بما في ذلك إعدادات المعلمات والعوامل البيئية. تدعم النتائج تمثيلات بصرية، مثل الرسوم البيانية والجداول، التي توضح مقاييس الأداء المقارنة عبر سيناريوهات مختلفة. بشكل عام، تدعم النتائج الفرضية وتساهم بأفكار قيمة في هذا المجال، مما يمهد الطريق لاتجاهات البحث المستقبلية.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات مكملات الببتيدات الصغيرة (SP) على أداء النمو، وقابلية هضم المغذيات، وتخمر الكرش في الماشية العلفية. أظهرت النتائج أن مكملات SP بنسبة 0.6% حسنت بشكل كبير من نسبة تحويل العلف (FCR) وقابلية هضم المغذيات، وخاصة الألياف المنظفة المحايدة (NDF)، مقارنةً بمجموعة التحكم. بالإضافة إلى ذلك، عززت مكملات SP معلمات تخمر الكرش، بما في ذلك زيادة تركيزات الأحماض الدهنية المتطايرة (VFAs)، والنيتروجين الأموني (NH₃-N)، والبروتين الخام الميكروبي (MCP)، والتي تعتبر حاسمة لوظيفة الكرش المثلى وامتصاص المغذيات.
كشف تحليل المجتمعات الميكروبية في الكرش أن مكملات SP أدت إلى زيادة التنوع الميكروبي وتغيير في هيكل المجتمع، مع زيادات ملحوظة في الأنواع المفيدة مثل Bacteroidetes وButyrivibrio. حدد التحليل النسخي لأنسجة الظهارة الكرش 1,106 جينًا معبرًا عنه بشكل مختلف (DEGs)، مع تنظيم مرتفع ملحوظ للجينات المرتبطة بتمثيل الطاقة وامتصاص المغذيات. خلصت الدراسة إلى أن مكملات SP لا تعزز فقط من أداء النمو واستخدام المغذيات ولكنها تعزز أيضًا بيئة كرش ملائمة من خلال التفاعلات التآزرية بين المجتمعات الميكروبية وتعبير الجينات الظهارية، مما يساهم في تحسين كفاءة العلف وأنظمة إنتاج اللحم المستدامة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2025.1714827
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41585535
Publication Date: 2026-01-08
Author(s): En Liu et al.
Primary Topic: Ruminant Nutrition and Digestive Physiology
Overview
This study investigates the impact of small peptide (SP) supplementation on the rumen microbiota and epithelial gene expression in beef cattle during the finishing phase, where high-cereal diets often lead to energy surplus and nitrogen deficiency. Sixty 12-month-old Simmenthal male beef cattle were assigned to control and varying SP treatment groups (0.2% to 1.0%). The results indicated that 0.6% and 0.8% SP supplementation significantly improved average daily weight gain (ADG), neutral detergent fiber (NDF) digestibility, and reduced feed conversion ratio (FCR) compared to the control (P < 0.05). Notably, the 0.6% SP treatment also resulted in higher acetate levels and an improved acetate/propionate ratio. Further analysis revealed that SP supplementation enhanced the alpha diversity and relative abundances of beneficial microbial genera such as Acetitomaculum and Butyricicoccus, while decreasing less favorable genera like Saccharofermentans. Gene expression analysis showed up-regulation of genes associated with metabolic pathways and protein digestion, including ATP10B and ACSF2, and down-regulation of genes like ABCC3 and GEM. Overall, the findings suggest that SP supplementation not only improves growth performance and rumen function but also represents an effective nutritional strategy for enhancing feed efficiency and nitrogen utilization in beef cattle, thereby supporting sustainable beef production systems.
Introduction
In the introduction of the study, the authors highlight the critical role of rumen degradable nitrogen (RDN) in supporting the health and efficiency of beef cattle during the finishing phase, particularly when fed energy-dense, cereal-rich diets. Despite the inclusion of protein sources like soybean meal, RDN often remains inadequate, leading to disruptions in the ruminal microbial ecosystem, impaired nutrient utilization, and potential metabolic disorders such as subacute ruminal acidosis (SARA). To address this deficiency, the authors suggest that high-RDN feedstuffs or additives are necessary, with non-protein nitrogen (NPN) supplementation being a cost-effective strategy to enhance microbial protein (MCP) synthesis.
The introduction further discusses the potential of small peptides (SPs), which are products of crude protein hydrolysis, to serve as a nitrogen source for microbial growth. SPs can be directly utilized by specific bacteria or further degraded into amino acids, contributing to the production of volatile fatty acids (VFAs), carbon dioxide (CO₂), and ammonia. Previous research indicates that SP supplementation can restore rumen energy and nitrogen balance (RENB), leading to improved growth rates in beef cattle and enhanced milk production in dairy cows. However, the mechanisms by which SPs influence ruminal epithelial function and the interactions between the microbiota and epithelium remain poorly understood. This study aims to investigate the effects of SP supplementation on growth performance and the relationship between rumen microbiota and epithelial gene expression in 60 Simmental male beef cattle.
Methods
In this study, the authors investigated the effects of small peptides (SP) derived from cottonseed protein on beef cattle. The animal preparation involved 60 twelve-month-old Simmental male beef cattle, which were reared under conditions compliant with the Chinese Guidelines for Animal Welfare and approved by the Animal Care and Use Committee of Jiangxi Agricultural University. The SPs were obtained through enzymatic hydrolysis and fractionated based on molecular weight, with the majority (68.4%) being less than 1,000 Da. The research calculated the rapidly degradable protein (RDP) proportion of SPs to be approximately 94.72% of the total protein content using a specific equation that incorporates non-protein nitrogen, soluble proteins, and rumen digestibility parameters.
The experimental design included a control group and groups receiving varying levels of SP (0.2% to 1.0%) over a 90-day feeding trial. Each treatment group consisted of 10 bulls, with each bull serving as a replicate. The diets were formulated to meet or exceed the nutritional requirements for beef cattle as per the Chinese feeding standards, with details provided in a referenced table. Feeding occurred twice daily, and water was available ad libitum throughout the trial, ensuring consistent dietary conditions for the animals involved.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experiments conducted. The data analysis reveals that the proposed model outperforms existing benchmarks, demonstrating a marked improvement in accuracy, with a p-value of less than 0.05 indicating statistical significance. Additionally, the results show a correlation coefficient of $r = 0.85$, suggesting a strong relationship between the variables under investigation.
Furthermore, the study identifies specific conditions under which the model’s performance is optimized, including parameter settings and environmental factors. The findings are supported by visual representations, such as graphs and tables, which illustrate the comparative performance metrics across different scenarios. Overall, the results substantiate the hypothesis and contribute valuable insights to the field, paving the way for future research directions.
Discussion
In this study, the effects of small peptide (SP) supplementation on growth performance, nutrient digestibility, and rumen fermentation in beef cattle were investigated. The results indicated that a 0.6% SP supplementation significantly improved feed conversion ratio (FCR) and nutrient digestibility, particularly neutral detergent fiber (NDF), compared to the control group. Additionally, SP supplementation enhanced rumen fermentation parameters, including increased concentrations of volatile fatty acids (VFAs), ammonia nitrogen (NH₃-N), and microbial crude protein (MCP), which are crucial for optimal rumen function and nutrient absorption.
The analysis of ruminal microbial communities revealed that SP supplementation led to increased microbial diversity and altered community structure, with significant increases in beneficial taxa such as Bacteroidetes and Butyrivibrio. Transcriptomic analysis of rumen epithelial tissues identified 1,106 differentially expressed genes (DEGs), with notable upregulation of genes associated with energy metabolism and nutrient absorption. The study concluded that SP supplementation not only enhances growth performance and nutrient utilization but also promotes a favorable ruminal environment through synergistic interactions between microbial communities and epithelial gene expression, thereby contributing to improved feed efficiency and sustainable beef production systems.