Exploring the genetic variability in yield, nutritional and digestibility traits in oat grains through ruminant nutrition

• DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e31541
• Publication Date: 2024-05-18T04:32:39Z
• Authors: Sultan Singh; Pushpendra Koli; Shahid Ahmed; Neeraj Kumar; Maneet Rana; Rajesh Singhal; Indu; Mukesh Choudhary; Yonglin Ren
• Keywords: Science (General); Genotype; Nutritional value; Ruminant; Avena sativa; Yield (engineering); Crop; Gene; Molecular Regulation of Sulfur Metabolism in Plants; Agricultural and Biological Sciences; Heritability; Food science; Oats grain; Q1-390; Nutritional Strategies for Ruminant Health and Production; Animal nutrition; Biochemistry, Genetics and Molecular Biology; Food energy; Genetics; Molecular Biology; Biology; H1-99; Forage; Factors Affecting Maize Yield and Lodging Resistance; Life Sciences; Agronomy; Materials science; Social sciences (General); FOS: Biological sciences; Metallurgy; Genetic variability; Feed Efficiency; Agronomy and Crop Science; Ruminant Nutrition; Animal science; Research Article; Grain Quality; Biotechnology

La avena es un cultivo de doble propósito utilizado tanto para alimentos como para piensos para animales. El objetivo de este trabajo es caracterizar las variedades de avena por su diversidad genética en rendimiento, rasgos físicos y composición nutricional, con el objetivo de identificar posibles variedades madre para programas de mejoramiento para desarrollar nuevas variedades de avena para mejorar la alimentación del ganado y diversas aplicaciones industriales. Para realizar el análisis químico de las fracciones de proteínas y carbohidros, la estimación de la energía y los nutrientes digeribles, se realizaron análisis estadísticos para evaluar las variaciones genéticas de los rasgos entre los restos. Se observó una variación genética significativa (p<0.05) para el rendimiento de grano, densidad de grano, porcentaje de tamizado, proteína cruda, extracto de éter, fibra detergente neutra y ácida, celulosa, lignina, nitrógeno insoluble en detergente neutro y ácido en granos de ocho variedades de avena. Todas las fracciones proteicas mostraron diferencias significativas (p<0.05). El contenido total de carbohidratos varió significativamente (p<0.05) del 73% al 79%. Los granos contenían niveles más altos de almidón y pectina degradables de forma intermedia (54.12-60.16%) en comparación con la pared celular degradable lentamente (26-33%), pared celular unida a lignina (6-10%) y azúcares rápidamente degradables (2-8%). Se observó una variación significativa (p<0.05) en términos de energía bruta, energía digerible, energía metabolizable, energía neta para mantenimiento y lactancia de aproximadamente (2 Mcal/kg de materia seca), ganancia (1.6-1.8 Mcal/kg de materia seca), nutrientes digeribles totales, materia seca digerible, proteína degradable del rumen y nutrientes digeribles totales relacionados con proteína bruta, ácido graso, fibra detergente neutra y carbohidratos sin fibra. La materia orgánica y el extracto de éter se asociaron positivamente (p<0,01) con los nutrientes digeribles totales, la energía digerible y metabolizable, la materia seca digerible y los cabohidratos no fibrosos verdaderamente digeribles, mientras que la fibra detergente neutra y ácida y la celulosa mostraron una correlación negativa. La investigación muestra que las variedades de avena varían ampliamente en su rendimiento, características físicas y contenido nutricional, lo que ofrece potencial para obtener mejores variedades tanto para alimentación animal como para usos industriales.<br/>الشوفان هو محصول مزدوج الغرض يستخدم لكل من الغذاء والعلف للحيوانات. الهدف من هذا العمل هو توصيف أصناف الشوفان لتنوعها الجيني في الغلة والسمات الجسدية والتركيب الغذائي، بهدف تحديد الأصناف الأصلية المحتملة لبرامج التكاثر لتطوير أصناف جديدة من الشوفان لتحسين علف الماشية والتطبيقات الصناعية المتنوعة. إجراء تحليل كيميائي لأجزاء البروتين والكربوهيدرات والطاقة والمغذيات القابلة للهضم المقدرة، وإجراء تحليلات ثابتة لتقييم الاختلافات الجينية للسمات بين الأصناف. لوحظ تباين جيني كبير (p<0.05) لمحصول الحبوب، وكثافة الحبوب، ونسبة النخل، والبروتين الخام، ومستخلص الأثير، وألياف المنظفات المحايدة والحمضية، والسليلوز، واللجنين، والنيتروجين المحايد والمنظفات الحمضية غير القابلة للذوبان في الحبوب من ثمانية أنواع من الشوفان. أظهرت جميع أجزاء البروتين اختلافات كبيرة (p<0.05). تراوح إجمالي محتوى الكربوهيدرات بشكل كبير (p<0.05) من 73 ٪ إلى 79 ٪. تحتوي الحبوب على مستويات أعلى من النشا والبكتين القابلين للتحلل بشكل متوسط (54.12-60.16 ٪) مقارنة بجدار الخلية القابل للتحلل ببطء (26-33 ٪)، وجدار الخلية المحدود بالليغنين (6-10 ٪)، والسكريات سريعة التحلل (2-8 ٪). لوحظ تباين كبير (p<0.05) من حيث الطاقة الإجمالية، والطاقة القابلة للهضم، والطاقة القابلة للاستقلاب، والطاقة الصافية للصيانة والرضاعة حوالي (2 مكال/كجم من المادة الجافة)، والكسب (1.6-1.8 مكال/كجم من المادة الجافة)، ومجموع العناصر الغذائية القابلة للهضم، والمادة الجافة القابلة للهضم، والبروتين القابل للتحلل، ومجموع العناصر الغذائية القابلة للهضم المتعلقة بالبروتين الخام، والأحماض الدهنية، وألياف المنظفات المحايدة، والكربوهيدرات غير الألياف. ارتبطت المادة العضوية ومستخلص الأثير بشكل إيجابي (p<0.01) بالمغذيات الكلية القابلة للهضم، والطاقة القابلة للهضم والاستقلاب، والمادة الجافة القابلة للهضم والكابوهيدرات غير الليفية القابلة للهضم حقًا، في حين أظهرت الألياف المحايدة والمنظفات الحمضية والسليلوز ارتباطًا سلبيًا. يُظهر البحث أن أصناف الشوفان تختلف اختلافًا كبيرًا في إنتاجها وخصائصها الفيزيائية ومحتواها الغذائي، مما يوفر إمكانية لتربية أصناف أفضل لكل من الأعلاف الحيوانية والاستخدامات الصناعية.<br/>L'avoine est une culture à double usage utilisée à la fois pour l'alimentation humaine et animale. L'objectif de ce travail est de caractériser les variétés d'avoine pour leur diversité génétique en termes de rendement, de traits physiques et de composition nutritionnelle, dans le but d'identifier des variétés parentes potentielles pour des programmes de sélection visant à développer de nouvelles variétés d'avoine pour une alimentation améliorée du bétail et diverses applications industrielles. Effectuer des analyses chimiques pour les fractions de protéines et de glucides, l'énergie et les nutriments digestibles estimés, des analyses stastiques effectuées pour évaluer les variations génétiques des traits parmi les vaillants. Une variation génétique significative (p<0,05) du rendement en grains, de la densité des grains, du pourcentage de tamisage, des protéines brutes, de l'extrait d'éther, des fibres détergentes neutres et acides, de la cellulose, de la lignine, de l'azote insoluble détergent neutre et acide a été observée dans les grains de huit variétés d'avoine. Toutes les fractions protéiques présentaient des différences significatives (p<0,05). La teneur totale en glucides variait significativement (p<0,05) de 73 % à 79 %. Les grains contenaient des niveaux plus élevés d'amidon et de pectine moyennement dégradables (54,12-60,16 %) par rapport à la paroi cellulaire lentement dégradable (26-33 %), à la paroi cellulaire liée à la lignine (6-10 %) et aux sucres rapidement dégradables (2-8 %). Une variation significative (p<0,05) a été observée en termes d'énergie brute, d'énergie digestible, d'énergie métabolisable, d'énergie nette pour l'entretien et la lactation d'environ (2 Mcal/kg de matière sèche), de gain (1,6-1,8 Mcal/kg de matière sèche), de nutriments digestibles totaux, de matière sèche digestible, de protéines dégradables du rumen et de nutriments digestibles totaux liés aux protéines brutes, aux acides gras, aux fibres détergentes neutres et aux glucides non fibreux. La matière organique et l'extrait d'éther étaient positivement associés (p<0,01) aux nutriments digestibles totaux, à l'énergie digestible et métabolisable, à la matière sèche digestible et aux glucides non fibreux véritablement digestibles, tandis que les fibres détergentes neutres et acides et la cellulose présentaient une corrélation négative. La recherche montre que les variétés d'avoine varient considérablement en termes de rendement, de caractéristiques physiques et de contenu nutritionnel, offrant un potentiel de sélection de meilleures variétés pour l'alimentation animale et les utilisations industrielles.<br/>Oat is a dual-purpose crop used for both food and feed for animals. The objective of this work is to characterize oat varieties for their genetic diversity in yield, physical traits, and nutritional composition, aiming to identify potential parent varieties for breeding programs to develop new oat varieties for improved livestock feed and diverse industrial applications. To conduct, chemical analysis for protein and carbohydare fractions, energy and digestible nutrient estimated, stastical analyses performed to assess genetic variations for traits among vaieties. Significant genetic variation (p<0.05) for grain yield, grain density, sieving percentage, crude protein, ether extract, neutral and acid detergent fiber, cellulose, lignin, neutral and acid detergent insoluble nitrogen were observed in grains of eight oat varieties. All protein fractions exhibited significant differences (p<0.05). Total carbohydrate content ranged significantly (p<0.05) from 73% to 79%. The grains contained higher levels of intermediately degradable starch and pectin (54.12-60.16%) compared to the slowly degradable cell wall (26-33%), lignin bounded cell wall (6-10%), and rapidly degradable sugars (2-8%). Significant variation (p<0.05) was observed in terms of gross energy, digestible energy, metabolizable energy, net energy for maintenance and lactation about (2 Mcal/kg dry matter), gain (1.6-1.8 Mcal/kg dry matter), total digestible nutrients, digestible dry matter, rumen degradable protein, and total digestible nutrients related to crude protein, fatty acid, neutral detergent fiber, and non-fiber carbohydrate. Organic matter and ether extract were positively associated (p<0.01) with total digestible nutrients, digestible and metabolizable energy, dry matter digestible and truly digestible non fibrous cabohydrates, while neutral and acid detergent fiber and cellulose showed negative correlation. The research shows that oat varieties vary widely in their yield, physical features, and nutritional content, offering potential for breeding better varieties for both animal feed and industrial uses.<br/>