Microbioma ruminal ativo de Nelore: efeitos da dieta e interações com emissão de metano, eficiência alimentar
| dc.contributor.advisor-co1 | Andrade, Bruno Gabriel Nascimento | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0951322873579960 | |
| dc.contributor.advisor1 | Regitano, Luciana Correia de Almeida | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9595338480545794 | |
| dc.contributor.author | Silva, Juliana Virginio da | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/9643767328433881 | |
| dc.contributor.referee | Regitano, Luciana Correia de Almeida | |
| dc.contributor.referee | Nunes, Francis de Morais Franco | |
| dc.contributor.referee | Pranchevicius, Maria Cristina da Silva | |
| dc.contributor.referee | Cesar, Aline Silva Mello | |
| dc.contributor.referee | Ibelli, Adriana Mércia Guaratini | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/9595338480545794 | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/1974857490729279 | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/4772148921558977 | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/6423577693155656 | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/4729789236742545 | |
| dc.date.accessioned | 2026-04-15T22:15:51Z | |
| dc.date.issued | 2025-10-24 | |
| dc.description.abstract | The growing global demand for beef, particularly from production systems in tropical regions, requires innovative strategies that enhance feed efficiency and reduce the environmental impacts of livestock. The ruminal microbiome plays a central role in the digestion of complex carbohydrates and the production of volatile fatty acids, which are the primary energy source for ruminants. In Brazil, the Nelore breed (Bos indicus) and its crossbreeds represent approximately 80% of the national herd. However, functional studies on the ruminal microbiome of this breed are still scarce. Advances in omics technologies now allow the investigation of how diet, the microbiome, and the host genome affect productive and environmental efficiency in beef cattle. Therefore, this study aimed to investigate the activity of the ruminal microbiome in a population of 52 Nelore cattle subjected to two distinct diets (conventional and byproducts) and to integrate, in an unprecedented manner, metagenomic, metatranscriptomic, and rumen wall microRNA data. To achieve this, we set the following objectives: Characterize the active functional profile of the ruminal microbiome in response to different diets using metatranscriptomic data; Assess the taxonomic and functional composition of the active ruminal microbiome by integrating metagenomic and metatranscriptomic data; Associate the active microbiome with methane emissions and feed efficiency; Investigate the interaction between the active microbiome and the host genome by integrating rumen wall microRNA expression with functional and taxonomic information of the microbiome. Metatranscriptomic analyses revealed key functional shifts in the rumen microbiome, despite relatively stable taxonomic composition across diets. Dietary components directly influenced microbial metabolism. In the conventional diet group, most expressed functions were associated with the metabolism of readily fermentable carbohydrates such as starch and mannose, present in corn and soybean meal. In contrast, animals receiving the by-product diet exhibited microbial activities linked to the degradation of complex carbohydrates, such as the cellulose found in citrus pulp. Additionally, the inclusion of by-products favored alternative microbial pathways that compete with methanogenesis, such as the reductive acetogenesis pathway (e.g., tetrahydrofolate synthase), which can redirect H₂ and CO₂ toward acetate production. Increased expression of folylpolyglutamate synthase/dihydropteroate synthase was also observed, potentially indicating methionine limitation and reducing the availability of essential substrates for methanogenesis, such as methanofuran and methanopterin. To further deepen our understanding of the rumen microbiome, we constructed a rumen prokaryotic gene catalog that revealed taxonomic and functional differences between the total metagenome (Nelore Ruminal Prokaryotic Microbiome Genes – NRPMG) and its transcriptionally active fraction (active-Nelore Ruminal Prokaryotic Microbiome Genes – aNRPMG). These findings indicate that fermentative processes in the rumen are shaped primarily by the functional activity of microbial communities, rather than their mere presence. We also identified enzymes and taxa associated with methane emissions and feed efficiency. Among them, Carbohydrate Esterase family 20 (CE20), Glycoside Hydrolase family 15 (GH15), and the genera Monoglobus and Halosimplex emerged as potential indicators or modulators of host performance traits. Finally, the analysis of host–microbiome interactions revealed co-expression patterns among rumen wall microRNAs, enzymes, and active microbial genera, suggesting meaningful host–microbiome interplay. These microRNAs may modulate the gene expression of enzymes or microorganisms involved in specific metabolic functions, including lipid metabolism and host health processes. Overall, the findings of this thesis reinforce that the rumen microbiome should be understood not only through its composition but, more importantly, through its functional activity. The integrative approach adopted here highlights how the interplay among microbiome, host, and diet shapes key metabolic processes and underscores microbial and molecular targets with potential to support strategies aimed at mitigating methane emissions and improving feed efficiency in cattle raised in tropical environments. | eng |
| dc.description.resumo | A crescente demanda global por carne bovina, especialmente proveniente de sistemas de produção em regiões tropicais, exige estratégias inovadoras que aumentem a eficiência alimentar e reduzam os impactos ambientais da pecuária. O microbioma ruminal desempenha um papel central na digestão de carboidratos complexos e na produção de ácidos graxos voláteis, que são a principal fonte de energia para os ruminantes. No Brasil, a raça Nelore (Bos indicus) e seus cruzamentos representam cerca de 80% do rebanho nacional. No entanto, estudos funcionais sobre o microbioma ruminal dessa raça ainda são escassos. Avanços nas tecnologias ômicas permitem investigar como a dieta, o microbioma e genoma do hospedeiro afetam a eficiência produtiva e ambiental na pecuária de corte. Devido a isso, este trabalho visou investigar a atividade do microbioma ruminal de uma população de 52 bovinos da raça Nelore, submetidos a duas dietas distintas (convencional e subprodutos) e integrar, de maneira inédita, dados metagenômicos, metatranscriptômicos e de microRNAs da parede ruminal bovina. Para isso, propusemos como objetivos: Caracterizar o perfil funcional ativo do microbioma ruminal em resposta a diferentes dietas, utilizando dados metatranscriptômicos; Avaliar a composição taxonômica e funcional do microbioma ruminal ativo, integrando dados metagenômicos e metatranscriptômicos; Associar o microbioma ativo com a emissão de metano e a eficiência alimentar; Investigar a interação entre o microbioma ativo e o genoma do hospedeiro, integrando dados de expressão de miRNAs da parede ruminal com informações funcionais e taxonômicas do microbioma. A análise metatranscriptômica revelou alterações funcionais importantes no microbioma ruminal, mesmo com uma composição taxonômica relativamente estável entre as dietas. Os componentes de cada dieta influenciaram diretamente o metabolismo microbiano. No grupo convencional, a maior parte das funções expressas esteve associada ao metabolismo de carboidratos facilmente fermentáveis, como amido e manose, presentes no milho e na soja. Em contraste, no grupo com subprodutos, observaram-se atividades microbianas ligadas à degradação de carboidratos complexos, como a celulose da polpa cítrica. Além disso, a inclusão de subprodutos favoreceu vias metabólicas alternativas que competem com a metanogênese, como a via da acetogênese redutiva (por exemplo, tetrahydrofolate synthase), capaz de redirecionar H₂ e CO₂ para a produção de acetato. Observou-se também aumento na expressão de folylpolyglutamate synthase/ dihydropteroate synthase, possivelmente indicando limitação de metionina e reduzindo a disponibilidade de substratos essenciais para metanogênese como o metanofurano e a metanopterina. Para expandir a compreensão do microbioma, construímos um catálogo de genes procarióticos ruminais que revelou diferenças taxonômicas e funcionais entre o metagenoma total (Nelore Ruminal Prokaryotic Microbiome Genes - NRPMG) e sua fração transcricionalmente ativa (active-Nelore Ruminal Prokaryotic Microbiome Genes - aNRPMG). Esses resultados indicam que os processos fermentativos no rúmen são moldados principalmente pela atividade funcional das comunidades microbianas, e não apenas por sua presença. Identificamos ainda enzimas e táxons associados à emissão de metano e à eficiência alimentar. Entre eles, destacam-se Carbohydrate Esterase family 20 (CE20) e Glycoside Hydrolase family 15 (GH15), e os gêneros Monoglobus e Halosimplex, que surgem como potenciais indicadores ou moduladores de características de desempenho do hospedeiro. Por fim, a análise da interação entre hospedeiro e microbioma revelou padrões de coexpressão entre microRNAs da parede ruminal, enzimas e gêneros microbianos ativos, sugerindo uma interação hospedeiro–microbioma. Esses miRNAs podem modular a expressão gênica de enzimas ou de microrganismos envolvidos em funções metabólicas específicas, incluindo processos relacionados ao metabolismo lipídico e à saúde do hospedeiro. Em conjunto, os resultados desta tese reforçam que o microbioma ruminal deve ser compreendido não apenas pela sua composição, mas sobretudo pela sua atividade funcional. A abordagem integrativa adotada evidencia como a interação entre microbioma, hospedeiro e dieta molda processos metabólicos chave, destacando alvos microbianos e moleculares com potencial para embasar estratégias voltadas à mitigação das emissões de metano e ao aprimoramento da eficiência alimentar em bovinos criados em ambientes tropicais. | |
| dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | |
| dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | |
| dc.description.sponsorshipId | 2021/08079-1 | |
| dc.description.sponsorshipId | 161516/2021-1 | |
| dc.identifier.citation | SILVA, Juliana Virginio da. Microbioma ruminal ativo de Nelore: efeitos da dieta e interações com emissão de metano, eficiência alimentar. 2025. Tese (Doutorado em Genética Evolutiva e Biologia Molecular) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23954. | por |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.14289/23954 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | |
| dc.publisher.address | Campus São Carlos | |
| dc.publisher.initials | UFSCar | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular - PPGGEv | |
| dc.relation.uri | https://doi.org/10.1128/msphere.00535-25 | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | |
| dc.subject | Atividade da microbiota | |
| dc.subject | Bos indicus | |
| dc.subject | Holobionte | |
| dc.subject | Metatranscriptoma | |
| dc.subject | Metagenoma | |
| dc.subject | microRNA | |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS BIOLOGICAS::GENETICA::GENETICA MOLECULAR E DE MICROORGANISMOS | |
| dc.subject.ods | 2. Fome Zero e Agricultura Sustentável | |
| dc.title | Microbioma ruminal ativo de Nelore: efeitos da dieta e interações com emissão de metano, eficiência alimentar | |
| dc.title.alternative | Active rumen microbiome of Nellore cattle: effects of diet and interactions with methane emissions and feed efficiency | eng |
| dc.type | Tese |
Arquivos
Pacote Original
1 - 1 de 1
Carregando...
- Nome:
- juliana_virginio_tese.pdf
- Tamanho:
- 7.19 MB
- Formato:
- Adobe Portable Document Format