In this prospective cohort study, Holstein cows considered to be at high risk of developing metritis (dystocia, twins, stillbirth, retained placenta, or their combination) were matched with herdmates at low risk of developing metritis (normal calving) and monitored daily for rectal temperature and uterine discharge during the first 12 d in milk (DIM). Blood was sampled on d 0, 1, and 3 postpartum for assessment of neutrophil phagocytic and oxidative burst activities. Blood was also sampled at 0, 1, 2, 3, 4, 7, and 12 DIM for determination of serum concentrations of Ca, K, Mg, nonesterified fatty acids, β-hydroxybutyrate, and glucose. On the basis of receiver operator characteristic curves, subclinical hypocalcemia (SCH) was defined as a serum Ca concentration ≤8.59 mg/dL in at least 1 sample in the first 3 DIM. The overall incidences of metritis and puerperal metritis were 47.3 and 30%, respectively. Concentration in blood and percentages of neutrophils undergoing phagocytosis and oxidative burst were all reduced in cows with SCH compared with normocalcemic cows. Cows with SCH were at a greater risk of developing fever, metritis, and puerperal metritis compared with normocalcemic cows. Among cows at low risk of developing metritis, those with SCH had a greater incidence of metritis (40.7%) compared with normocalcemic cows (14.3%). Similarly, among cows at high risk of developing metritis, cows with SCH had a greater incidence of metritis (77.8%) compared with normocalcemic cows (20.0%). Cows with SCH had elevated concentrations of nonesterified fatty acids and β-hydroxybutyrate compared with normocalcemic cows. The relative risk of developing metritis decreased by 22% for every 1 mg/dL increase in serum Ca. Neither metritis nor SCH influenced the resumption of estrous cyclicity by 38 DIM, but cows with SCH had a reduced pregnancy rate and a longer interval to pregnancy compared with normocalcemic cows. Finally, the population risk to develop uterine diseases attributable to SCH was 66.6% for metritis and 91.3% for puerperal metritis in the present study.

Abstract Background Metritis is a prevalent uterine disease that affects the welfare, fertility, and survival of dairy cows. The uterine microbiome from cows that develop metritis and those that remain healthy do not differ from calving until 2 days postpartum, after which there is a dysbiosis of the uterine microbiome characterized by a shift towards opportunistic pathogens such as Fusobacteriota and Bacteroidota. Whether these opportunistic pathogens proliferate and overtake the uterine commensals could be determined by the type of substrates present in the uterus. The objective of this study was to integrate uterine microbiome and metabolome data to advance the understanding of the uterine environment in dairy cows that develop metritis. Holstein cows ( n = 104) had uterine fluid collected at calving and at the day of metritis diagnosis. Cows with metritis ( n = 52) were paired with cows without metritis ( n = 52) based on days after calving. First, the uterine microbiome and metabolome were evaluated individually, and then integrated using network analyses. Results The uterine microbiome did not differ at calving but differed on the day of metritis diagnosis between cows with and without metritis. The uterine metabolome differed both at calving and on the day of metritis diagnosis between cows that did and did not develop metritis. Omics integration was performed between 6 significant bacteria genera and 153 significant metabolites on the day of metritis diagnosis. Integration was not performed at calving because there were no significant differences in the uterine microbiome. A total of 3 bacteria genera (i.e. Fusobacterium, Porphyromonas , and Bacteroides ) were strongly correlated with 49 metabolites on the day of metritis diagnosis. Seven of the significant metabolites at calving were among the 49 metabolites strongly correlated with opportunistic pathogenic bacteria on the day of metritis diagnosis. The main metabolites have been associated with attenuation of biofilm formation by commensal bacteria, opportunistic pathogenic bacteria overgrowth, tissue damage and inflammation, immune evasion, and immune dysregulation. Conclusions The data integration presented herein helps advance the understanding of the uterine environment in dairy cows with metritis. The identified metabolites may provide a competitive advantage to the main uterine pathogens Fusobacterium, Porphyromonas and Bacteroides , and may be promising targets for future interventions aiming to reduce opportunistic pathogenic bacteria growth in the uterus.

The rumen microbiome is crucial for converting feed into absorbable nutrients used for milk synthesis, and the efficiency of this process directly impacts the profitability and sustainability of the dairy industry. Recent studies have found that the rumen microbial composition explains part of the variation in feed efficiency traits, including dry matter intake, milk energy, and residual feed intake. The main goal of this study was to reveal relationships between the host genome, rumen microbiome, and dairy cow feed efficiency using structural equation models. Our specific objectives were to (i) infer the mediation effects of the rumen microbiome on feed efficiency traits, (ii) estimate the direct and total heritability of feed efficiency traits, and (iii) calculate the direct and total breeding values of feed efficiency traits. Data consisted of dry matter intake, milk energy, and residual feed intake records, SNP genotype data, and 16S rRNA rumen microbial abundances from 448 mid-lactation Holstein cows from 2 research farms. We implemented structural equation models such that the host genome directly affects the phenotype (GP → P) and the rumen microbiome (GM → P), while the microbiome affects the phenotype (M → P), partially mediating the effect of the host genome on the phenotype (G → M → P). We found that 7 to 30% of microbes within the rumen microbial community had structural coefficients different from zero. We classified these microbes into 3 groups that could have different uses in dairy farming. Microbes with heritability <0.10 but significant causal effects on feed efficiency are attractive for external interventions. On the other hand, 2 groups of microbes with heritability ≥0.10, significant causal effects, and genetic covariances and causal effects with the same or opposite sign to feed efficiency are attractive for selective breeding, improving or decreasing the trait heritability and response to selection, respectively. In general, the inclusion of the different microbes in genomic models tends to decrease the trait heritability rather than increase it, ranging from −15% to +5%, depending on the microbial group and phenotypic trait. Our findings provide more understanding to target rumen microbes that can be manipulated, either through selection or management interventions, to improve feed efficiency traits.

Abstract Helcococcus ovis ( H. ovis ) is an opportunistic bacterial pathogen of a wide range of animal hosts including domestic ruminants, swine, avians, and humans. In this study, we sequenced the genomes of 35 Helcococcus sp. clinical isolates from the uterus of dairy cows and explored their antimicrobial resistance and biochemical phenotypes. Phylogenetic and average nucleotide identity analyses placed four Helcococcus isolates within a cryptic clade-representing an undescribed species, for which we propose the name Helcococcus bovis sp. nov. We applied whole genome comparative analyses to explore the pangenome, resistome, virulome, and taxonomic diversity of the remaining 31 H. ovis isolates . H. ovis was more often isolated from cows with metritis, however, there was no associations between H. ovis gene clusters and uterine infection. The phylogenetic distribution of high-virulence determinants of H. ovis is consistent with convergent gene loss in the species. The majority of H. ovis strains (30/31) contain mobile tetracycline resistance genes, leading to higher minimum inhibitory concentrations of tetracyclines in vitro. In summary, this study showed that the presence of H. ovis is associated with uterine infection in dairy cows, that mobile genetic element-mediated tetracycline resistance is widespread in H. ovis , and that there is evidence of co-occurring virulence factors across clades suggesting convergent gene loss in the species. Finally, we introduced a novel Helcococcus species closely related to H. ovis , called H. bovis sp. nov. Highlights The presence of Helcococcus ovis is associated with uterine infection in dairy cows Mobile genetic element-mediated tetracycline resistance is widespread in H. ovis Co-occurring virulence factors across clades suggest convergent gene loss in the species Helcococcus bovis is a novel species closely related to Helcococcus ovis

Abstract Objectives were to assess differences in uterine microbiome associated with clinical cure and pregnancy outcomes in dairy cows treated for metritis. Cows with metritis (reddish-brownish, watery, and fetid vaginal discharge) were paired with cows without metritis based on parity and days postpartum. Uterine contents were collected through transcervical lavage at diagnosis, five days later following antimicrobial therapy (day 5), and at 40 days postpartum. Uterine microbiome was assessed by sequencing the V4 hypervariable region of the 16S rRNA gene. Although alpha-diversity based on Chao1, Shannon, and inverse Simpson indexes at diagnosis did not differ between cows with and without metritis, disease was associated with differences in beta-diversity. Prevalence of Porphyromonas , Bacteroides , and Veillonella was greater in cows with metritis. Streptococcus , Sphingomonas , and Ureaplasma were more prevalent in cows without metritis. Differences in beta-diversity between cows with and without metritis persisted on day 5. Uterine microbiome was not associated with clinical cure. Richness and alpha-diversity, but not beta-diversity, of uterine microbiome 40 days postpartum were associated with metritis and pregnancy. No relationship between uterine microbiome and pregnancy outcomes was observed. Results indicate that factors other than changes in intrauterine bacterial community underlie fertility loss and clinical cure in cows with metritis.