Promoting Intestinal Health and Growth Performance in Slow-Growing Pigs: Early Nutritional and Management Interventions

Abstract

Garantir un desenvolupament òptim dels garrins en les primeres fases de la seva vida i facilitar-ne l’adaptació a l’entorn i la dieta després del deslletament són factors crítics per invertir la tendència dels porcs de creixement lent. D’aquesta manera, l’objectiu d’aquesta tesi és millorar la nostra comprensió dels factors relacionats amb el creixement lent a les primeres etapes de vida del porc i investigar diverses estratègies d’intervenció primerenques per millorar la colonització microbiana de l’intestí, la salut intestinal, el benestar del porc i el seu creixement després del deslletament. Al Capítol 3, explorem les connexions entre les característiques de la microbiota fecal, els biomarcadors d’estrès al pèl i el rendiment del creixement dels garrins durant els períodes de lactació i de transició. Els porcs de creixement ràpid van mostrar majors nivells de cortisona al pèl i una menor relació cortisol-cortisona al final del període de transició, la qual cosa indica una major activitat de l’enzim 11β-HSD tipus 2. A més, el creixement dels garrins en ambdós períodes es va associar a diferències en la microbiota intestinal i en la concentració d’àcids grassos de cadena curta (AGCC) a la femta al final del període de transició. Particularment, el creixement durant la lactància es va associar amb diferències més pronunciades, cosa que posa en relleu la influència de la colonització microbiana durant aquest període en la formació de la microbiota adulta dels garrins.

Aquestes troballes van constituir la base de la hipòtesi del Capítol 4, l’objectiu del qual era examinar els efectes de la suplementació de dosis baixes (30 a 60 mg/dia) de XOS en garrins lactants. Aquesta intervenció va estimular el desenvolupament de poblacions microbianes degradadores de fibra i productores de AGCC durant el període de lactació i també durant el període de lactància. Tot i això, no va tenir efectes sobre el creixement.

Com a mesura per atenuar l’estrès, al Capítol 5 ens vam proposar analitzar l’impacte de mantenir les ventrades juntes després del deslletament, en lloc de barrejar-les, juntament amb el subministrament d’un règim dietètic de baixa densitat de nutrients i energia durant el període de transició. Mantenir les ventrades juntes va tenir pocs efectes sobre el creixement, però va millorar el benestar dels porcs quan se’ls va traslladar a les sales de transició i de creixement-acabat i també quan se’ls va subministrar el règim dietètic de baixa densitat. A més, aquesta estratègia va donar lloc a una variabilitat del pes corporal dins del corral semblant a la dels porcs segregats per pes corporal, excepte en el cas dels porcs alimentats amb el règim dietètic de baixa densitat.

Al Capítol 6, vam investigar l’efecte de substituir parcialment una alta inclusió d’ingredients de soja a la dieta “pre-starter” per SDP, PDP o una combinació de tots dos. Aquests ingredients d’origen animal van millorar el creixement dels garrins al final del període “pre-starter”. A més, la combinació de PDP i SDP va augmentar l’expressió de gens associats a la funció intestinal.

Al Capítol 7, vam avaluar l’efecte de subministrar als garrins una major quantitat de dieta “pre-starter”, que incloïa SDP i PDP, fins que arribessin a un pes corporal desitjat, en lloc de fins a una data fixa. Tot i això, en les nostres condicions experimentals, la major ració de pinso “pre-starter” fins que els porcs van arribar als 7,9 kg no va aportar cap benefici en el creixement ni en la variabilitat de pesos al final del període de transició.

Finalment, a la discussió general, vam deliberar sobre l’aplicabilitat de les estratègies d’intervenció estudiades a granges comercials, i vam proposar futures línies de recerca basades en les nostres troballes.

Garantizar un desarrollo óptimo de los lechones en las primeras fases de su vida y facilitar su adaptación al entorno y la dieta después del destete son factores críticos para invertir la tendencia de los cerdos de crecimiento lento. De esta forma, el objetivo de esta tesis es mejorar nuestra comprensión de los factores relacionados con el crecimiento lento en las primeras etapas de vida del cerdo e investigar diversas estrategias de intervención tempranas para mejorar la colonización microbiana del intestino, la salud intestinal, el bienestar del cerdo y su crecimiento después del destete. En el Capítulo 3, exploramos las conexiones entre las características de la microbiota fecal, los biomarcadores de estrés en el pelo y el rendimiento del crecimiento de los lechones durante los períodos de lactación y de transición. Los cerdos de crecimiento rápido mostraron mayores niveles de cortisona en el pelo y una menor relación cortisol-cortisona al final del período de transición, lo que indica una mayor actividad de la enzima 11β-HSD tipo 2. Además, el crecimiento de los lechones en ambos períodos se asoció a diferencias en la microbiota intestinal y en la concentración de ácidos grasos de cadena corta (AGCC) en las heces al final del período de transición. Particularmente, el crecimiento durante la lactancia se asoció con diferencias más pronunciadas, lo que pone de relieve la influencia de la colonización microbiana durante este período en la formación de la microbiota adulta de los lechones. Estos hallazgos constituyeron la base de la hipótesis del Capítulo 4, cuyo objetivo era examinar los efectos de la suplementación de dosis bajas (30 a 60 mg/día) de XOS en lechones lactantes. Esta intervención estimuló el desarrollo de poblaciones microbianas degradadoras de fibra y productoras de AGCC durante el período de lactación y también durante el período de lactancia. Sin embargo, no tuvo efectos sobre el crecimiento. Como medida para atenuar el estrés, en el Capítulo 5 nos propusimos analizar el impacto de mantener las camadas juntas después del destete, en lugar de mezclarlas, junto con el suministro de un régimen dietético de baja densidad de nutrientes y energía durante el período de transición. Mantener las camadas juntas tuvo pocos efectos sobre el crecimiento, pero mejoró el bienestar de los cerdos cuando se les trasladó a las salas de transición y de crecimiento-acabado y también cuando se les suministró el régimen dietético de baja densidad. Además, esta estrategia dio lugar a una variabilidad del peso corporal dentro del corral similar a la de los cerdos segregados por peso corporal, salvo en el caso de cerdos alimentados con el régimen dietético de baja densidad. En el Capítulo 6, investigamos el efecto de sustituir parcialmente una alta inclusión de ingredientes de soja en la dieta “pre-starter” por SDP, PDP o una combinación de ambos. Estos ingredientes de origen animal mejoraron el crecimiento de los lechones al final del período “pre-starter”. Además, la combinación de PDP y SDP aumentó la expresión de genes asociados a la función intestinal. En el Capítulo 7, evaluamos el efecto de suministrar a los lechones una mayor cantidad de dieta “pre-starter”, que incluía SDP y PDP, hasta llegar a un peso corporal deseado, en lugar de hasta una fecha fija. Sin embargo, en nuestras condiciones experimentales, la mayor ración de pienso “pre-starter” hasta que los cerdos alcanzaron los 7,9 kg no aportó ningún beneficio en el crecimiento ni en la variabilidad de pesos al final del período de transición. Por último, en la discusión general, deliberamos sobre la aplicabilidad de las estrategias de intervención estudiadas en granjas comerciales, y propusimos futuras líneas de investigación basadas en nuestros hallazgos.

The presence of slow-growing pigs in a batch results in an increase in body weight (BW) variability, leading to negative economic implications for the porcine industry. Ensuring optimal early-life development of piglets and facilitating their adaptation to the post-weaning environment and diet are crucial factors in reversing the trend of slow-growing pigs. Therefore, the present thesis aimed at improving our understanding of the pig’s early-life factors related to slow growth and investigating various early intervention strategies to improve intestinal microbial colonization, intestinal health, pig welfare, and growth performance after weaning. In Chapter 3, we explored the connections between fecal microbiota characteristics, stress biomarkers in hair, and piglet growth performance during the lactation and nursery periods. Fast-growing pigs exhibited higher levels of cortisone in their hair and a lower cortisol-to-cortisone ratio at the end of the nursery period, indicating an increased 11β-HSD type 2 enzymatic activity. Additionally, piglet growth in both periods was associated with differences in gut microbiota and short-chain fatty acid (SCFA) concentration in feces at the end of the nursery period. Notably, the growth during lactation was associated with more pronounced differences, highlighting the critical influence of microbial colonization during this period on shaping the piglets’ adult microbiota. Moreover, butyrate concentration showed a positive correlation with growth in both stages, suggesting that it may play a role in promoting piglet growth. These findings were the basis for the hypothesis of Chapter 4, which aimed to examine the effects of the supplementation of low-dose supplementation (30 to 60 mg/day) of xylo-oligosaccharides (XOS) on suckling piglets. This intervention stimulated the development of fiber-degrading and SCFA-producing microbial populations during the lactation period and also in the nursery period. Nevertheless, it had no effect on growth performance. Chapter 5 focused on attenuating post-weaning stress. The study analyzed the effects of keeping litters together after weaning and providing a low nutrient and energy density dietary regime during the nursery period. Keeping litters together showed few effects on growth performance but it benefited pig’s welfare when they were moved to the nursery and growing-finishing accommodation and when they were fed the low-density dietary regime. In addition, this strategy resulted in a similar BW variability within the pen than the pigs segregated by BW at the end of the nursery period except in pigs fed the low-density dietary regime. The low-density dietary regime caused a growth retardation that could not be fully compensated for during the growing-finishing period. It also exacerbated the competition for feed and the incidence of damaging behaviour when it was provided in a single-space feeder. In Chapter 6, we investigated the effect of partially substituting a high inclusion of soybean ingredients in the pre-starter diet with either spray-dried plasma (SDP), porcine digestible peptides (PDP), or a combination of both. These animal-sourced ingredients improved piglets’ growth at the end of the pre-starter period. Additionally, the combination of PDP and SDP upregulated the expression of genes associated with intestinal function. In Chapter 7, we evaluated the effect of providing piglets with a higher allowance of a pre-starter diet, enriched with SDP and PDP, until they reached a targeted BW, instead until a fixed date. However, in our experimental conditions, the higher allowance of pre-starter feed until pigs achieved 7.9 kg did not provide any benefit in growth performance or BW variability at the end of the nursery period. Finally, in the general discussion, we deliberated the applicability of the studied intervention strategies in commercial farms, and we proposed future research directions based on our findings.