The influence of the rumen microbiome on feed efficiency and methane yield - a taxonomic and functional approach

The rumen microbiome plays a fundamental role in the digestion of plant biomass, and differences in the taxonomic and functional composition of these microorganisms have been demonstrated to influence feed efficiency and methane production. However, the results are not consistent across the studies, and the microbial taxa and the metabolic pathways related to the feed efficiency phenotype and the methane production are not fully elucidated. Additionally, all the studies that explored the relationship between the rumen microbiome and these traits were developed in cattle raised in temperate areas. Section 1 is a review that aimed to discuss how the rumen parameters – and the rumen as a whole – are related to feed efficiency. The rumen is a complex environment and the rumen parameters influence each other, however, most studies do not consider these interactions and discuss the rumen parameters separately. Section 2 compared all the studies published about the relationship between rumen microbiome and residual feed intake (RFI) in order to investigate the influence of the variables of the study and the methodology used (e.g., animal breed, diet, sequencing platform and hypervariable region used on the sequencing) on the microbial data registered. On Section 3 and Section 4 was used Illumina sequencing of the 16S and 18S rRNA in order to explore the taxonomic and functional composition of the rumen microbiome related to feed efficiency and methane yield. These are the first studies to explore the relationship between the rumen microorganisms and these traits in cattle raised under tropical conditions. Advances in omics technologies in the last years have allowed a better exploration of complex microbial communities, such as the rumen. This thesis demonstrates the importance of the meta-omics technologies in order to better understand the rumen microbiome and its relationship with feed efficiency and methane production.Os microrganismos do rúmen são responsáveis pela digestão dos componentes vegetais, e diferenças na composição taxonômica e funcional desses microorganismos tem sido discutidas como relacionadas à eficiência alimentar e produção de metano em bovinos. No entanto, os resultados nãosão consistentes entre os estudos, e os táxons microbianos e vias metabólicas relacionados ao fenótipo de eficiência alimentar e à produção de metano não estão totalmente elucidados. Adicionalmente, todos os estudos que exploraram a relação entre microbiota ruminal e esses traços foram desenvolvidos em bovinos criados em regiões temperadas. A Seção 1 é uma revisão que objetivou discutir como os parâmetros ruminais – e o rúmen como um todo – são relacionados à eficiência alimentar. O rúmen é um ambiente complexo e os parâmetros ruminaisinfluenciam uns nos outros, no entanto, a maioria dos estudos não considera essas interações e discute os parâmetros ruminais separadamente. A Seção 2 comparou todos os estudos publicados sobre a relação entre a microbiota ruminal e consumo alimentar residual (CAR), com o objetivo de investigar a influência das variáveis e metodologias usadas nos estudos (ex.:raça do animal, dieta, plataforma de sequenciamento e região hipervariável) sobre os dados microbianos registrados. Na Seção 3 e Seção 4 foi usado sequenciamento Illumina do 16S e 18S rRNA com o objetivo de explorar a composição taxonômica e funcional da microbiota ruminal relacionada à eficiência alimentar e produção de metano. Esses são os primeiros estudos a explorar a relação entre os microorganismos ruminais e esses traços em bovinos criados sob condições tropicais. Os avanços nas tecnologias ômicas nos últimos anos têm permitido a exploração de comunidades microbianas complexas, como o rúmen. Essa tese demonstra a importância das meta-ômicas a fim de melhor compreender a microbiota ruminal e sua relação com a eficiência alimentar e a produção de metanoFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerai