DOI: https://doi.org/10.1186/s40104-023-00986-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38439110
تاريخ النشر: 2024-03-04
المؤلف: Yu Fu وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغذية الحيوان وعلم وظائف الأعضاء
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة العلاقة بين جودة قشرة البيض ومعايير العظام في الدجاجات البياضة المسنّة، مع التركيز بشكل خاص على الآليات الكامنة وراء تدهور هذه الصفات. تم تقسيم 240 دجاجة من نوع هاي لاين براون، بعمر 74 أسبوعًا، إلى مجموعتين بناءً على قوة كسر قشرة البيض: عالية (HBS) ومنخفضة (LBS). كشفت النتائج أن الدجاجات في مجموعة LBS أظهرت انخفاضًا كبيرًا في سمك قشرة البيض، والوزن، ومحتوى الكالسيوم، إلى جانب تدهور هيكلي. ومن الجدير بالذكر أن جودة العظام كانت مرتبطة عكسيًا بجودة قشرة البيض، مع ملاحظة ميزات هيكلية محسّنة في مجموعة LBS.
على المستوى الجزيئي، حددت الدراسة 130 جينًا معبرًا عنه بشكل مختلف (DEGs) في رحم الدجاجات LBS، المرتبطة بشكل أساسي بالاستماتة بسبب زيادة الكالسيوم الخلوي. لوحظت زيادة في مستويات بروتين p62، ونشاط كاسبيز-8، وتعبير بروتين Bax، إلى جانب انخفاض في تعبير بروتين Bcl، مما يشير إلى زيادة الضغط الخلوي والتلف. تشير النتائج إلى أن ضعف نقل الكالسيوم بسبب تلف الأنسجة الرحمية قد يؤدي إلى ضعف تكوين قشرة البيض وسلامة الهيكل الدقيق. علاوة على ذلك، قد تلعب الوسائط الهرمونية مثل هرمون الغدة الجار درقية (PTH) ومستقلبات فيتامين D دورًا حاسمًا في مسارات الإشارة بين صحة العظام والرحم، مما يؤثر على جودة المعادن والعظام بشكل عام في الدجاجات ذات قوة كسر قشرة البيض المنخفضة.
مقدمة
تستعرض المقدمة التأثير الاقتصادي الكبير للبيض المتصدع خلال فترة وضع البيض المتأخرة في الدجاجات، مع تسليط الضوء بشكل خاص على العلاقة بين قوة كسر قشرة البيض ومعدلات الكسر. تشير إلى أنه مع تقدم عمر الدجاجات، تنخفض قوة كسر قشرة البيض من حوالي 48 نيوتن إلى 35 نيوتن، مما يتوافق مع زيادة حدوث البيض ضعيف القشرة، وهو ما يمثل مشكلة خاصة للقطعان ذات الإنتاج العالي. تُقترح استراتيجيات غذائية كتدخلات محتملة لتعزيز جودة قشرة البيض. تناقش هذه الفقرة أيضًا التفاعل بين جودة العظام وسلامة قشرة البيض، مع التأكيد على أن امتصاص العظام يساهم في توفير الكالسيوم لتكوين قشرة البيض، مما قد يؤدي إلى ضعف العظام في الدجاجات ذات الإنتاج العالي.
تهدف الدراسة إلى التحقيق في الفروق في جودة العظام وإعادة تشكيلها بين الدجاجات ذات قوة كسر قشرة البيض العالية والمنخفضة تحت ظروف تغذية وبيئية محكومة. تسلط الضوء على تعقيد عملية تشكيل قشرة البيض ودور العظام النخاعية في توفير الكالسيوم أثناء تكوين قشرة البيض، خاصة خلال فترات الصيام الليلي. من خلال مقارنة الخصائص الفسيولوجية والنسجية للدجاجات، فضلاً عن ملفات النسخ الجينية في الرحم، تسعى الأبحاث إلى توضيح الآليات الكامنة وراء العلاقة بين جودة قشرة البيض وجودة العظام، مما يوفر رؤى حول المسارات التنظيمية المحتملة التي يمكن أن تحسن كلا الصفتين في الدجاجات البياضة المسنّة.
طرق البحث
تستعرض فقرة “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. توضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، ومعدات، وعينات بيولوجية، بالإضافة إلى مصادرها وطرق تحضيرها. تصف الفقرة أيضًا المنهجيات المطبقة لجمع البيانات وتحليلها، مما يضمن إمكانية إعادة الإنتاج والصرامة في عملية البحث.
بالإضافة إلى ذلك، قد تتضمن الفقرة معلومات عن التقنيات الإحصائية المستخدمة لتفسير البيانات، بما في ذلك أي برامج أو خوارزميات تم استخدامها. يضمن هذا النهج الشامل أن تكون النتائج مستندة إلى إطار منهجي قوي، مما يسمح باستخلاص استنتاجات صحيحة من النتائج.
النتائج
في هذه الفقرة، أجرى المؤلفون تفاعل البوليميراز العكسي الكمي (qRT-PCR) للتحقق من نتائج تسلسل RNA لاثني عشر جينًا مرتبطًا بمراحل مختلفة من تكوين قشرة البيض. تم تصنيع الحمض النووي المكمل (cDNA) من 1.5 ميكروغرام من RNA باستخدام مجموعة Easy Script First-Strand cDNA Synthesis SuperMix، وفقًا لإرشادات الشركة المصنعة. تم تنفيذ اختبارات qPCR على جهاز CFX96 C1000TM، حيث تم إجراء كل اختبار ثلاث مرات لضمان الموثوقية.
تم تفصيل تسلسلات البرايمر المستخدمة في qRT-PCR في الملف الإضافي 2، ووجد أن كفاءة البرايمرات كانت ضمن نطاق مقبول من 91.08% إلى 109.70%. تعتبر هذه الخطوة التحقق ضرورية لتأكيد مستويات التعبير للجينات المختارة، مما يعزز النتائج المستخلصة من تحليل تسلسل RNA.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات قوة كسر قشرة البيض (HBS مقابل LBS) على أداء وضع البيض، وجودة قشرة البيض، وجودة العظام في دجاجات هاي لاين براون. أشارت النتائج إلى عدم وجود اختلافات كبيرة في مقاييس أداء وضع البيض مثل معدل إنتاج البيض، وكتلة البيض، ونسبة تحويل العلف بين المجموعتين. ومع ذلك، أظهرت دجاجات LBS قوة كسر قشرة البيض، وسمك، ووزن أقل بشكل كبير مقارنةً بدجاجات HBS، إلى جانب انخفاض في إجمالي محتوى الكالسيوم والفوسفور لكل قشرة بيض. كشفت المجهرية الإلكترونية الماسحة أن دجاجات LBS كانت لديها طبقات أقل سمكًا من القشرة البيضية المتكلسة والفعالة، مما يشير إلى ضعف السلامة الهيكلية.
أظهرت تقييمات جودة العظام أن دجاجات LBS كانت لديها مؤشر قشري متوسط أعلى وسمك جدار نسبي أكبر في عظام الفخذ، بينما كانت كثافة المعادن في العظام (BMD) ومحتوى المعادن أكبر بكثير في مجموعة LBS. كشفت التحليلات النسجية عن اختلافات واضحة في شكل العظام، حيث أظهرت LBS عظام قشرية أكثر سمكًا وتآكلات أكثر وضوحًا في مجموعة HBS. أشارت تحليلات الارتباط إلى علاقات سلبية بين قوة كسر قشرة البيض ومقاييس جودة العظام المختلفة، مما يبرز رابطًا محتملاً بين سلامة قشرة البيض وسلامة العظام. علاوة على ذلك، حددت التحليلات النسخية الجينات المعبر عنها بشكل مختلف (DEGs) المتعلقة بالاستماتة ونقل الكالسيوم في الرحم، مما يشير إلى أن حالة LBS قد تكون مرتبطة بزيادة الاستماتة وتغير في توازن الكالسيوم، مما قد يؤثر على تكوين وجودة قشرة البيض بشكل عام.
DOI: https://doi.org/10.1186/s40104-023-00986-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38439110
Publication Date: 2024-03-04
Author(s): Yu Fu et al.
Primary Topic: Animal Nutrition and Physiology
Overview
This study investigates the relationship between eggshell quality and bone parameters in aged laying hens, specifically focusing on the mechanisms underlying the deterioration of these traits. A total of 240 Hy-line Brown hens, aged 74 weeks, were divided into two groups based on eggshell breaking strength: high (HBS) and low (LBS). The findings revealed that hens in the LBS group exhibited significantly reduced eggshell thickness, weight, and calcium content, alongside structural deterioration. Notably, bone quality was inversely correlated with eggshell quality, with enhanced structural features observed in the LBS group.
At the molecular level, the study identified 130 differentially expressed genes (DEGs) in the uterus of LBS hens, predominantly associated with apoptosis due to cellular calcium overload. Increased levels of p62 protein, caspase-8 activity, and Bax protein expression, alongside decreased Bcl protein expression, were noted in the LBS group, indicating heightened cellular stress and damage. The results suggest that impaired calcium transport due to uterine tissue damage may lead to compromised eggshell calcification and weaker ultrastructural integrity. Furthermore, hormonal mediators such as parathyroid hormone (PTH) and vitamin D metabolites may play a critical role in the signaling pathways between bone and uterine health, influencing the overall mineral and bone quality in hens with low eggshell breaking strength.
Introduction
The introduction outlines the significant economic impact of cracked eggs during the late laying period in hens, particularly highlighting the relationship between eggshell breaking strength and breakage rates. It notes that as hens age, their eggshell breaking strength decreases from approximately 48 N to 35 N, correlating with an increased incidence of weak-shelled eggs, which are particularly problematic for high-producing flocks. Nutritional strategies are suggested as potential interventions to enhance eggshell quality. The section also discusses the interplay between bone quality and eggshell integrity, emphasizing that bone resorption contributes calcium for eggshell calcification, which may lead to weakened bones in high-laying hens.
The study aims to investigate the differences in bone quality and remodeling between hens with high and low eggshell breaking strength under controlled feeding and environmental conditions. It highlights the complexity of the eggshell formation process and the role of medullary bone in supplying calcium during eggshell calcification, particularly during nocturnal fasting periods. By comparing the physiological and histological characteristics of the hens, as well as their uterine transcription profiles, the research seeks to elucidate the mechanisms underlying the relationship between eggshell and bone quality, thereby providing insights into potential regulatory pathways that could improve both traits in aged laying hens.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, as well as their sources and preparation methods. The section also describes the methodologies applied for data collection and analysis, ensuring reproducibility and rigor in the research process.
Additionally, the section may include information on the statistical techniques utilized to interpret the data, including any software or algorithms employed. This comprehensive approach ensures that the findings are grounded in a robust methodological framework, allowing for valid conclusions to be drawn from the results.
Results
In this section, the authors conducted quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR) to validate the RNA sequencing results for twelve genes associated with different stages of eggshell calcification. The complementary DNA (cDNA) was synthesized from 1.5 µg of RNA using the Easy Script First-Strand cDNA Synthesis SuperMix kit, adhering to the manufacturer’s guidelines. The qPCR assays were executed on a CFX96 C1000TM thermal cycler, with each assay performed in triplicate to ensure reliability.
The primer sequences used for the qRT-PCR are detailed in Additional file 2, and the efficiency of the primers was found to be within an acceptable range of 91.08% to 109.70%. This validation step is crucial for confirming the expression levels of the selected genes, thereby reinforcing the findings obtained from the RNA sequencing analysis.
Discussion
In this study, the effects of eggshell breaking strength (HBS vs. LBS) on laying performance, eggshell quality, and bone quality in Hy-line Brown laying hens were investigated. The results indicated no significant differences in laying performance metrics such as egg production rate, egg mass, and feed conversion ratio between the two groups. However, LBS hens exhibited significantly lower eggshell breaking strength, thickness, and weight compared to HBS hens, alongside a reduced total calcium and phosphorus content per eggshell. Scanning electron microscopy revealed that LBS hens had thinner calcified and effective layers of the eggshell, suggesting compromised structural integrity.
Bone quality assessments showed that LBS hens had a higher mean cortical index and relative wall thickness in their femurs, while bone mineral density (BMD) and mineral content were significantly greater in the LBS group. Histological analysis revealed distinct differences in bone morphology, with LBS exhibiting thicker cortical bone and more pronounced erosions in the HBS group. Correlation analyses indicated negative relationships between eggshell breaking strength and various bone quality metrics, highlighting a potential link between eggshell and bone integrity. Furthermore, transcriptomic analysis identified differentially expressed genes (DEGs) related to apoptosis and calcium transport in the uterus, suggesting that the LBS condition may be associated with increased apoptosis and altered calcium homeostasis, which could impact overall eggshell formation and quality.