Comparison of purine bases and 15N to quantify microbial nitrogen yield in beef cattle and the effects of day of gestation and feeding regimen in Holstein × Gyr cows

Abstract

Microbial nitrogen yield (MN) is of great importance to protein metabolism in ruminants. The quantification of its flow to the small intestine is therefore important in calculating the amount of digestible MN available to the animal. Thus, an experiment was designed to evaluate the use of microbial markers (MM), sampling sites (SS), and marker systems (MS) to estimate MN in bulls and to develop equations to correct MN estimates. The MM systems that were evaluated were 1) purine bases (PB) and 2) 15 N labeling. The SS that were evaluated were 1) reticulum, 2) omasum, and 3) abomasum, and the studied MS were 1) single, 2) double, and 3) triple. Eight crossbred (Holstein × Zebu) bulls (353 ± 36.9 kg of BW; 24 ± 1 mo) with ruminal and abomasal cannulas were utilized in this experiment. For PB, the greatest (P < 0.01) values of MN were observed for the digesta that were sampled from the reticulum and abomasum. In contrast, for 15 N, the greatest (P < 0.01) values were observed for digesta that were sampled in the omasum and abomasum. Microbial nitrogen yield was only different (P < 0.05) from those estimated using abomasum and 15N when using reticulum and 15N. Thus, the equation that was developed to correct the MN value was as follows: MN (g/d) = 27.93 ± 2.46 + 0.99 ± 0.09 × reticulum 15N. The triple MS exhibited the greatest (P < 0.01) value of MN when compared to the single and double MS. No interactions (P > 0.05) were observed between MS and MM or SS; thus, the equation that was established to correct the MN value used only the MS. In conclusion, we have demonstrated that there is no difference when using 15N to estimate MN yield if the omasum or abomasum are used. Therefore, the omasum can be used as an accurate SS to predict MN. The triple MS presented with greater values than the single and double MS. Thus, if single or double MS is used, the value must be corrected by the equation that was obtained by using the triple MS. Another study was conducted with the aim of investigating how the feeding regimen (FR) alters apparent total tract digestibility, performance, N balance, excretion of purine derivatives, fat deposition, maternal and fetal visceral organ mass, and the expression of genes that are responsible for placental development, nutrient transfer, and angiogenic factors in Holstein × Gyr cows at different days of gestation (DG). Forty-four pregnant multiparous Holstein × Gyr cows with an average initial body weight of 480 ± 10.1 kg and an initial age of 5 ± 0.5 years were allocated to 1 of 2 FR: ad libitum (AL; n = 20) and maintenance level (ML; n = 24). Maintenance level was considered to be 1.15% of body weight on a dry matter (DM) basis and met 100% of the energy requirements, while AL provided 190% of the total net energy requirements. Cows were individually fed a corn silage-concentrate based diet composed of 93% roughage and 7% concentrate (DM basis) as a total mixed ration. Pregnant cows were slaughtered at 4 DG: 139 (n = 11), 199 (n = 11), 241 (n = 11), and 268 d (n = 11). Overall, DM intake decreased as DG increased. The decrease that was observed in DM intake may be associated with the reduction in ruminal volume caused by the rapid increase in fetal size during late gestation. We observed an interaction for DM and organic matter apparent total tract digestibility between FR and DG; at 150, 178, and 206 d of gestation, ML-fed cows had greater DM and organic matter apparent total tract digestibility values than AL-fed cows. Rib fat thickness, mesentery, and kidney, pelvic, and heart fat were greater in AL- than in ML-fed cows at all DG, with the exception of rib fat thickness on d-139. Ad libitum-fed cows excreted more N in their feces and urine compared to ML-fed cows. Pregnant cows that were fed at maintenance had greater digestibility during some DG, excreted less N in feces and less N and urea in urine, and deposited less fat in the body. Mass of the heart, liver, and gastrointestinal tract were heavier in AL- than in ML-fed cows. Feeding regimen did not influence fetal body weight in this study. The majority of the visceral organ masses were similar in fetuses from cows that were fed AL and ML. This data indicates that maternal feed-restriction does not affect the development of most fetal organs and fetal development; however, some maternal organs are affected according to the FR that is provided. Mammary gland mass was heavier in AL- than in ML-fed cows, and the heaviest mass was observed at 268 d of gestation. The negative impact on mammary gland mass caused by the ML probably will not affect the subsequent lactation because the crude protein concentration in the mammary gland increased with this FR. However, we suggest that the AL diet should be provided in pregnant dry cows with caution since the amount of fat in the mammary gland increased at 268 d of gestation. Placenta was heavier in ML- than in AL-fed cows at 268 d of gestation; the lightest mass was observed at 139 d of gestation, and the heaviest mass was observed at 268 d in ML-fed cows. However, in AL-fed cows, the heaviest placenta was observed from 199 d of gestation. Placentomes were heavier in ML-fed cows during gestation, and the number of placentomes was greater in ML-fed cows at 268 d of gestation. We observed that IGFR1 and IGFR2 genes were involved in placental adaptations when ML was provided, as their expression in placentome cells were greater in ML-fed cows at 268 d of gestation. The genes that are responsible for angiogenesis were also greater in ML-fed cows. VEGFA, GUCYB3, HIFA, FGF2, and NOS3 were altered by FR and DG interaction and they were greater in ML-fed cows at 268 d of gestation. Also, VEGFB and ANGPT2 did not present an interaction between FR and DG, but they were greater in ML-fed cows. We recommend ML (1.15% of body weight with 93% of roughage) as a FR for pregnant dry cows; however, during the last month of gestation, AL seems to be the most appropriate FR to avoid loss of body weight; however if AL diets in pregnant dry cows were to be provided, it had to be with caution since the amount of fat in the mammary gland increased at 268 d of gestation. Moreover, we suggest that the placenta from ML-fed cows develop adaptations to the reduced nutrient supply by altering its structure and gene expression, thereby developing mechanisms for a potential increase in the nutrient transfer efficiency to the fetus.

A produção de proteína microbiana (PM) é de grande importância para o metabolismo proteico em animais ruminantes. Assim, um experimento foi conduzido para avaliar o uso de marcadores microbianos (MM), locais de coleta (LC) e sistemas de marcadores (SM) para estimar a PM em bovinos não castrados e desenvolver equações para corrigir as estimativas de PM. Os MM utilizados foram 1) bases purinas (BP) e 2) 15N. Os LC avaliados foram: 1) retículo, 2) omaso e 3) abomaso e os SM estudados foram: 1) simples, 2) duplo e 3) triplo. Oito bovinos cruzados (Holandês × Zebu) não castrados (353 ± 36.9 kg de PC; 24 ± 1 meses) com fístulas ruminal e abomasal foram uilizados. Quando as BP foram utilizadas, os maiores (P < 0,01) valores de PM foram observados para a digesta coletada no retículo e no abomaso. Por outro lado, utiliando o 15 N, os maiores (P < 0,01) valores foram observados para a digesta coletada no omaso e abomaso. A PM foi apenas diferente (P < 0,05) quando utilizou-se a digesta coletada no retículo e o 15N em relação à digesta coletada no abomaso e o 15N. Assim, a equação desenvolvida para corrigir a PM foi: PM (g/d) = 27,93 ± 2,46 + 0,99 ± 0,09 × retículo 15N. O SM triplo apresentou maior (P < 0,01) valor para a PM comparado aos SM simples e duplo. Não houve interação (P > 0,05) entre os SM e MM ou LC; assim, a equação recomendada para corrigir os valores de PM utiliza apenas a variável SM. Em suma, nós concluimos que não há diferença ao utilizar 15N para estimar a PM desde que o local de coleta seja o omaso ou o abomaso. Dessa forma, o omaso pode ser utilizado como um acurado LC para estimar a PM. O SM triplo apresentou os maiores valores em relação aos sistemas simples e duplo. Assim, caso os sistemas simples ou duplo sejam utilizados, o valor da PM deverá ser corrigida pela equação obtida utilizando os valores do SM triplo. Um outro estudo foi conduzido objetivando investigar como o sistema de alimentação (SA) e os dias de gestação (DG) alteram a digestibilidade aparente, o desempenho, o balanço de nitrogênio, a excreção de derivados de purina, a deposição de gordura, a massa de órgaos maternos e fetais e a expressão de genes responsáveis pelo desenvolvimento, transferência de nutrientes e fatores angiogênicos na placenta em vacas leiteiras Holandes × Gir. Quarenta e quarto vacas múltiparas Holandês × Gir com um PC inicial de 480 ± 10.1 kg e com idade inicial de 5 ± 0.5 anos foram distribuídas em 1 dos 2 SA: ad libitum (AL; n = 20) e nível de mantenca (NM; n = 24). O nível de mantença foi considerado sendo 1,15% do PC (% MS) e supriu 100% da exigência de energia, enquanto que a dieta AL forneceu 190% da exigência de energia. As vacas foram individualmente alimentas com uma dieta a base de silagem de milho e concentrado na relação 93:7 (% MS). As vacas gestantes foram abatidas em 4 diferentes DG: 139 (n = 11), 199 (n = 11), 241 (n = 11) e 268 d (n = 11). De maneira geral, o consumo de MS diminuiu conforme os DG aumentaram. A diminuição que foi observada para o consumo de MS pode estar associada com a diminuição do volume ruminal causado pelo rápido aumento no tamanho do feto durante o final da gestação. Nós observamos uma interação entre a digestibilidade da MS e da matéria orgânica entre SA e DG; aos 150, 178 e 206 DG, as vacas alimentadas a nível de mantença apresentaram um maior valor para a digestibilidade aparente da MS e da matéria orgânica em relação às vacas que foram alimentadas AL. A espessura de gordura de cobertura, o mesenterio e a gordura interna foram maiores para as vacas alimentadas AL em relação às vacas alimentadas a NM, sendo a única exceção, a espessura de gordura de coberta aos 139 dias, que foi similar para os dois SA. As vacas alimentadas AL apresentaram maior excreção de N nas fezes em relação às vacas alimentadas a NM. A glândula mamária foi mais pesada em vacas alimentadas AL em relação às vacas alimentadas a NM, e o maior valor foi observado aos 268 dias de gestação. O SA não influenciou o peso fetal. A maior parte dos órgãos fetais tiveram pesos similares para as vacas alimentadas AL e a NM. Estes dados indicam que a restrição alimentar não afeta o desenvolvimento da maior parte dos órgãos fetais e o próprio desenvolimento fetal. Entretanto, o peso de alguns órgãos maternos foram afetados de acordo com o SA oferecido. Além disso, o efeito negativo sobre a glândula mamária causado pelo SA a NM provavelmente não afetará as subsequentes lactações, porque a concentração de proteína bruta na glândula mamária aumentou com o fornecimento da dieta a NM. Nós sugerimos que a dieta AL para vacas leiteiras deve ser fornecida com cuidado devido ao aumento de gordura observado nessa vacas a 268 dias de gestação. A placenta foi mais pesada em vacas alimentadas a NM em relação às vacas alimentadas AL aos 268 dias de gestação. Ainda, a placenta foi mais leve aos 139 dias e mais pesada aos 268 dias de gestação em vacas alimentadas a NM. Entretanto, para as vacas alimentadas AL, a placenta foi mais pesada a partir de 199 dias de gestação. Os placentomas foram mais pesados em vacas alimentadas a NM durante a gestação e o número de placentomas foi maior em vacas alimentadas a NM aos 268 dias de gestação. Nós observamos que os genes IGFR1 e IGFR2 foram responsáveis por adaptações placentárias quando a dieta a NM foi fornecida, pois as suas expressões em células de placentomas foram maiores em vacas alimentadas a NM aos 268 dias de gestação. Os genes reponsáveis pela angiogênese também tiveram maior expressão em vacas alimentadas a NM. A expressão dos genes VEGFA, GUCYB3, HIFA, FGF2 e NOS3 foi alterada pela interação entre SA e DG sendo maior em vacas alimentadas a NM aos 268 dias de gestação. Ainda, VEGFB e ANGPT2 não apresentaram interação entre SA e DG, mas tiveram maior expressão em vacas alimentadas a NM. Assim, nós recomendamos o NM (1,15 % do PC - dieta composta por 93% de volumoso) como o SA para vacas gestantes secas. No entanto, durante o último mês de gestação, o SA AL parece ser o mais apropriado para evitar a perda de peso. No entanto, caso a dieta AL seja fornecida a vacas secas gestantes, isso deverá ser feito com cautela porque há um aumento na gordura da glândula mamária aos 268 dias de gestação. Ainda, nós sugerimos que a placenta de vacas alimentadas a NM desenvolve adaptações ao reduzido suprimento de nutrientes alterando sua estrutura e a expressão genética; desenvolvendo assim, mecanismos para um potencial aumento na transferência de nutrientes ao feto.