Tóm tắt
Dự án “Kiểm soát vật chủ đối với khí mê-tan ở đăng nhập w88” đã nâng cao hiểu biết của chúng ta về cơ chế sinh học cơ bản góp phần tạo ra sự thay đổi lượng phát thải khí mê-tan giữa các con đăng nhập w88 và liên kết sự biến đổi này với sự biểu hiện của gen trong thành dạ cỏ và hệ vi sinh vật của dạ cỏ ở từng con đăng nhập w88. Một loạt các bộ dữ liệu đa dạng, bao gồm kiểu hình, kiểu gen, hệ vi sinh vật, hệ phiên mã và hệ chuyển hóa, được tạo ra từ một nhóm động vật độc nhất. Kết quả của chúng tôi xác nhận rằng sự thay đổi về DMI, thể tích dạ cỏ, sự phân bố các thành phần chất tiêu hóa và MRT, tất cả đều ảnh hưởng đến tốc độ lên men, có thể là nguồn biến đổi MY giữa các động vật và cho thấy điều này củng cố cơ sở di truyền của sự khác biệt trong MY. Ngoài ra còn có mối liên quan giữa trọng lượng sống tăng lên và mật độ nhú bụng thấp hơn, điều này cho thấy khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng tạo ra năng lượng phát sinh từ quá trình lên men của vi sinh vật có thể khác nhau giữa các loài động vật.
Chúng tôi đã chỉ ra rằng dạ cỏ tiến hóa như một phần nhô ra chuyên biệt của thực quản và biểu hiện gen biểu mô có nhiều đặc điểm của biểu hiện gen ở da, bao gồm cả các cơ chế điều hòa tiềm năng. Số lượng/tốc độ tăng sinh của các tế bào biểu mô đáy dường như phản ứng nhanh nhất với các thành phần thành dạ cỏ trước những khác biệt trong chế độ ăn. Sự biểu hiện của một cụm gen bao gồm con đường tổng hợp cơ thể xeton có mối tương quan cao nhất với kiểu hình khí mê-tan ở các động vật được thử nghiệm và chúng tôi đã xác định được các gen tương quan với thời gian lưu giữ hạt có khả năng kiểm soát tốc độ co bóp của khoang cơ. Phân tích liên kết toàn bộ bộ gen đã cung cấp danh sách 20 SNP hàng đầu cho thấy mối liên hệ gợi ý với sản lượng khí mêtan, thể tích dạ cỏ và thời gian lưu trung bình, nhưng toàn bộ phân tích liên kết bộ gen bị giới hạn bởi số lượng động vật. Mục tiêu chính của dữ liệu kiểu gen là liên kết biểu hiện gen với kiểu gen và kiểu hình để ưu tiên các gen ứng cử viên gây ra sự khác biệt về kiểu hình. Mặc dù một số phương pháp tiếp cận khác nhau đang được áp dụng nhưng vẫn chưa xác định được các gen ứng cử viên có sức thuyết phục tương quan với thời gian lưu trung bình hoặc sản lượng khí mêtan.
Sự tăng trưởng và phát triển có tác động lớn đến hệ thực vật đường ruột của dạ cỏ và là yếu tố chính dẫn đến sự khác biệt giữa các mẫu. Mặc dù vậy, có một nhóm nhỏ các loài có thể xác định được mà chúng tôi nhận thấy có liên quan nhất quán đến các đặc điểm của khí mê-tan. Chúng bao gồm sự gia tăng các loài liên quan đến Sharpea và Kandleria và sự gia tăng các loài sinh metan methylotophic. Cũng có một số bằng chứng về mối liên quan giữa các loài vi sinh vật, chất chuyển hóa và trạng thái khí mê-tan của động vật. Kết quả từ việc đánh giá hệ vi sinh vật bằng cách sử dụng phương pháp giải trình tự song song trên diện rộng cho thấy tổng thể hệ vi sinh vật dạ cỏ có độ lặp lại hạn chế. Mặc dù vậy, chúng tôi nhận thấy một nhóm loài 'cốt lõi' trong số các quần thể vi sinh vật được mô tả có khả năng lặp lại một cách hợp lý. Kết quả cho thấy hệ vi sinh vật cốt lõi giải thích một tỷ lệ hợp lý về sự biến đổi kiểu hình trong việc phát thải khí mê-tan giữa các loài động vật. Độ chính xác khiêm tốn của việc dự đoán các đặc điểm khí mêtan từ cấu hình hệ vi sinh vật dạ cỏ 'cốt lõi' là điều đáng khích lệ.
Việc tích hợp đầy đủ tất cả các tập dữ liệu (kiểu hình, kiểu gen, hệ vi sinh vật, hệ chuyển hóa và hệ phiên mã) vẫn chưa đạt được nhưng chúng tôi đã tích hợp trên các tập dữ liệu theo cặp và bộ ba. Khi thực hiện điều này, chúng tôi đã nâng cao hiểu biết về cơ sở sinh học và di truyền cơ bản của sự biến đổi trong phát thải khí mê-tan và điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các cách cải thiện hiệu quả và năng suất chăn nuôi, đồng thời góp phần phát triển các quy trình đo lường tốt hơn để chọn lọc những con đăng nhập w88 có mức phát thải khí mê-tan khác nhau cho các chương trình chăn nuôi thương mại. Kết quả của chúng tôi là bước đầu tiên trong việc đưa ra các chiến lược sử dụng hiệu quả chất dinh dưỡng trên đồng cỏ của vi khuẩn dạ cỏ và vật chủ để sử dụng tốt hơn đất nông nghiệp hiện có, giảm áp lực khai hoang đất, giảm sử dụng các yếu tố đầu vào như nước và phân bón cũng như lượng chất thải nông nghiệp như phân bón.
