Метан — это не просто модное экологическое слово, это потерянная энергия. Каждый выброс газа из рубца коровы представляет собой энергию корма, которая могла бы пойти на рост, молоко или рождение теленка. Эта простая истина лежит в основе проекта, финансируемого Министерством сельского хозяйства США и проводимого в Университете Небраски-Линкольна (UNL), который посвящен «энергетике» крупного рогатого скота. Цель проекта — лучше понять, как организм КРС преобразует корм в полезные продукты, такие как говядина и молоко, и какое место в этом процессе занимает метан.
Результаты исследования могут предоставить производителям инструменты отбора, необходимые для выращивания крупного рогатого скота, который будет расходовать меньше энергии в виде метана без ущерба для продуктивности.
Проще говоря, наследуемость измеряет, какая часть изменчивости признака обусловлена генетикой, а не окружающей средой. Но эта «экологическая» составляющая включает в себя множество скрытых переменных — погоду, микроэлементы в рационе, время и даже микробиологический состав рубца.
По словам ведущего автора исследования Мэтта Спэнглера, доктора философии, профессора животноводства имени Ронни Д. Грина и специалиста по генетике крупного рогатого скота в Университете Небраски в Линкольне, учет этих факторов потенциально может повысить точность генетических прогнозов. Когда влияние окружающей среды лучше изучено, наследуемость признаков, связанных с метаном, возрастает, и, следовательно, селекция становится более эффективной.
Исследования по всему миру показывают, что признаки, связанные с метаном, — будь то суточная выработка, количество метана на единицу потребления («продуктивность») или количество метана на килограмм продукта («интенсивность») — как правило, обладают умеренной наследуемостью, которая примерно сопоставима с весом при отъеме или среднесуточным приростом массы тела. Это означает, что выбросы метана могут реагировать на селекционное давление с течением времени.
Однако Спэнглер предостерегает от чрезмерного использования таких показателей, как «интенсивность», при генетической оценке. Эти показатели больше подходят для сравнительного анализа, чем для принятия решений в области селекции. Вместо этого будущие индексы племенного поголовья могут опираться на более статистически стабильные признаки, напрямую связанные с прибыльностью.
Еще один важный фактор, который следует учитывать, заключается в том, что в рубце крупного рогатого скота обитает целая экосистема микробов, и эти микробы играют ключевую роль в производстве метана. Исследования показали, что различия в образовании метана у разных животных обусловлены двумя основными факторами: генетикой коровы и составом ее рубцового микробиома. Некоторые рубцовые микробы сами по себе являются наследственными и зависят от генетического состава животного. Другими словами, крупный рогатый скот может передавать потомству склонность к наличию более эффективных микробных сообществ.
Исследовательский проект UNL предполагает использование «метагеномики дробового секвенирования», чтобы выйти за рамки идентификации присутствующих микроорганизмов и вместо этого измерить их активность. Метагеномика дробового секвестирования (Shotgun Metagenomics) — это мощный метод изучения всех микробов в образце (почве, кишечнике и т.д.), при котором вся ДНК случайным образом фрагментируется, секвенируется, а затем с помощью биоинформатики восстанавливается информация о видовом составе и функциях целых микробных сообществ, в отличие от изучения только одного гена.
Благодаря сбору тысяч микробных функций и их сопоставлению с генотипами животных, можно лучше понять вариации метана. Предварительные результаты показывают, что модели, объединяющие данные о хозяине и микробиоме, повышают точность прогнозирования характеристик, связанных с эффективностью корма.
В рамках проекта будет проводиться наблюдение примерно за 560 мясными и молочными коровами с использованием современных дыхательных камер, или «головных ящиков», для измерения метана, углекислого газа и общего тепловыделения. Спэнглер сказал, что исследовательская группа также будет рассчитывать усваиваемую, метаболизируемую и чистую энергию, а также потери энергии с фекалиями и мочой — данные, которые могут показать, насколько эффективно каждое животное преобразует энергию корма в полезную энергию.
Каждое животное будет генотипировано, а его рубцовый микробиом секвенирован. Объединение этих слоев данных — генетики хозяина (G), микробного сообщества (M) и их взаимодействий (G×M) — поможет уточнить будущие ожидаемые различия в потомстве (EPD) и индексы отбора по признакам, связанным с метаном.
Еще одна смелая идея этого проекта — проверить, можно ли управлять микробиомом рубца теленка на ранних стадиях его развития. Исследователи экспериментируют с инокуляцией новорожденных телят, используя рубцовый материал от взрослых доноров, известных высоким или низким уровнем выделения метана. В ходе исследования будет изучено, сохраняются ли эти микробные сообщества по мере роста теленка и влияют ли они на выбросы метана или эффективность кормления.
Спэнглер отметил, что пока рано представлять, что каждый фермер будет обрабатывать телят микробными коктейлями, однако эта работа может показать, смогут ли вмешательства на ранних стадиях развития животных в будущем дополнить генетическую селекцию.
Сбор данных о метане и микробиоме — непростая и недешевая задача. Традиционный отбор проб с помощью пищеводной трубки занимает много времени и требует квалифицированного персонала. Университет Небраски в Линкольне оценивает, могут ли мазки из полости рта, хотя и менее точные, достаточно хорошо прогнозировать выбросы метана для крупномасштабного использования.
Исследователи также изучают способы использования одного биологического образца для извлечения как ДНК хозяина, так и данных о микробиоме, что потенциально может кардинально изменить ситуацию с точки зрения снижения затрат и упрощения логистики. Команда предполагает двухэтапный подход: эталонные измерения на меньшей контрольной группе для подтверждения научных данных и более быстрый и недорогой отбор проб у тысяч голов крупного рогатого скота для проведения крупномасштабных исследований.
По словам Спэнглера, результаты этого проекта могут включать более точные показатели племенной ценности, отражающие реальное состояние пастбищ и откормочных площадок. Это может включать более точные показатели EPD и инструменты отбора, учитывающие признаки, связанные с метаном, наряду с приростом массы, плодовитостью и качеством туши. Хотя в настоящее время в США нет ценового сигнала для снижения выбросов метана, долгосрочная цель состоит в том, чтобы сбалансировать экологическую и экономическую устойчивость.
Производители также могут найти протоколы отбора проб, которые легко вписываются в существующие рабочие процессы, например, сбор мазков микробиома во время клеймения, отъема от матери или проверки беременности.
Спэнглер сказал, что единого решения нет, но прогресс будет достигнут за счет комплексного улучшения генетики, управления и питания. Когда появятся необходимые инструменты, фермерам не придется выбирать между продуктивностью и устойчивостью. Они смогут отбирать животных, учитывая и то, и другое.
Источник: Beef Improvement Federation.
