Predictors of success in the breeding soundness evaluation and infertility in bulls
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Data
2022-08-26
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Universidade Federal de Viçosa
Resumo
Bull fertility is critical for the profitability and sustainability of the cattle industry. To date, the Breeding soundness evaluation (BSE) is the best methodology to estimate the reproductive potential of future bulls. However, the guidelines for the BSE differ between practitioners and societies, perhaps due to a lack in research in this area. Therefore, our first study hypothesized that by the implementation and use of strict BSE guidelines the number of approved Nellore bulls and their reproductive quality would increase overtime. Furthermore, our second study hypothesized that bulls born early in the calving season are more likely to be approved in their first BSE when compared to males calved later. To evaluate these two hypotheses, records of 20 years and 46,566 BSE were used in two separate analyses including a multivariate logistic regression to measure the effect of the year and farm, and to predict the probability of approval in Nellore young bulls at their first BSE according to their dams calving date. Bulls were classified as approved (satisfactory potential breeders and qualified for natural breeding service) and not approved (deferred and unsatisfactory potential breeders). Overall, there was no improvement in the percentage of approved bulls. However, there was an increase in the number of bulls approved in the first BSE and an increase in the percentage of bulls classified as satisfactory potential breeders (P-value <0.05), which means that the quality of the bulls improved over time. On the other hand, it was demonstrated that the calving date affected the probability of approval at the first BSE. Hence, bulls born on day 0 of the calving season had 1.26 more chances to be approved at the first BSE than bulls born 21 days later. In our studies, 53% of the bulls were not approved due to poor sperm quality, specifically abnormal sperm morphology. Bull ejaculates with the aplastic midpiece defect (AMD) have poor motility and fertility and it’s related to have a putative genetic origin. Therefore, our third study aimed to understand the origin and factors contributing to the abnormal sperm production of the AMD in Dairy Gyr bulls. Six Dairy Gyr Bulls (three control bulls and three bulls with AMD) obtained from the same farm and management were castrated to conduct a sperm morphofunctional and proteomic study and evaluate the redox state of reproductive tissues. The morphological analysis demonstrated that the AMD is a consequence of defective spermiogenesis. Control bulls also produced a high percentage of AMD but have an effective mechanism of removal of the defective sperm prior to epididymal transit. This mechanism generates mild oxidative stress in the testis and caput of the epididymis (measured as MDA and CAT; P-value <0.05); however, the redox state was reestablished in the corpus and cauda of the epididymis. Furthermore, qualitative and quantitative proteomic analysis showed that the sperm maturation of the bulls with the AMD should be deficient once they had differences in protein expression and a poor enrichment of critical pathways for sperm fertility. Finally, our last study hypothesized that binder of sperm (BSP) proteins could be used as a potential biomarker of defective sperm. Therefore, we characterized the binding properties and abundance of the BSP proteins after discontinuous gradient centrifugation and found that; in the supernatant fractions, there was an increase of BSP proteins abundance when compared to the sperm pellet fractions (P- value <0.05). In the sperm pellet fractions, BSP1 and BSP3 bound predominately to the acrosomal region of the sperm head, whereas BSP5 had a high affinity for the midpiece. Furthermore, high BSP proteins abundance was found to be correlated with acrosome and membrane damage induced by permeabilization. Therefore, the abundance of BSP proteins could be used as biomarker of defective sperm or sperm with compromise function. Our results allowed us to complement the knowledge on bull fertility, from the basic but functionally BSE to biomarkers for defective sperm specially on Bos indicus cattle. Keywords: Bull fertility. Sperm morphology. BSPs. Biomarkers.
A fertilidade dos reprodutores é fundamental para a lucratividade e sustentabilidade da indústria pecuária. Até o momento, o exame andrológico é a melhor metodologia para estimar o potencial reprodutivo de futuros reprodutores. No entanto, as diretrizes para o exame andrológico diferem entre profissionais e sociedades, talvez devido à falta de pesquisas nessa área. Portanto, nosso primeiro estudo avaliou se, seguindo rigidamente as diretrizes para o exame andrológico, o número de touros Nelore aprovados e sua qualidade reprodutiva aumentariam ao longo do tempo. O segundo estudo avaliou se os touros nascidos no início da estação de parição são mais propensos a serem aprovados no exame andrológico quando comparados aos touros nascidos mais tarde. Para avaliar essas duas hipóteses, foram utilizados registros de 20 anos e 46.566 laudos em duas análises separadas incluindo uma regressão logística multivariada para medir o efeito do ano e da fazenda, e para estimar a probabilidade de aprovação de acordo a data de nascimento na estação de parição em tourinhos Nelore no primeiro exame andrológico. Os touros foram classificados como aprovados (aptos para reprodução e aptos para monta natural) e não aprovados (inapto temporário e inaptos). No geral, não houve melhora no percentual de touros aprovados. No entanto, houve um aumento no número de touros aprovados no primeiro exame andrológico e um aumento na porcentagem de touros classificados como aptos para reprodução (P <0,05), o que significa que a qualidade dos touros melhorou ao longo do tempo. Por outro lado, foi demonstrado que a data do nascimento na estação de parição afetou a probabilidade de aprovação no primeiro exame andrológico. Assim, touros nascidos no dia 0 da estação de parição tiveram 1,26 mais chances de serem aprovados no primeiro exame andrológico do que touros nascidos 21 dias depois. Em nossos estudos, 53% dos touros não são aprovados devido à má qualidade espermática, especificamente pela morfologia espermática. Ejaculados de touro com defeito de peça intermediária aplástica (PIA) têm baixa motilidade e fertilidade e podem ter origem genética. Portanto, nosso terceiro estudo teve como objetivo compreender a origem e os fatores que contribuem para a produção anormal de espermatozoides com PIA em touros Gir Leiteiro. Seis touros Gir Leiteiro (três touros controle e três touros com PIA) obtidos da mesma fazenda e manejo foram castrados para realizar um estudo morfofuncional e proteômico dos espermatozoides e avaliar o estresse oxidativo do trato reprodutivo. A análise morfológica demonstrou que a PIA é consequência duma espermiogênese imperfeita, também demostrou que os touros controle produziram uma alta porcentagem de PIA, porém possuem um mecanismo de remoção dos espermatozoides defeituosos antes do trânsito epididimario. Esse mecanismo gera um estresse oxidativo leve no testículo e na cabeça do epidídimo (medido em MDA e CAT; P <0,05); entretanto, o estresse é controlado no corpo e cauda do epidídimo. Além disso, a análise proteômica qualitativa e quantitativa mostrou que a maturação espermática dos touros com PIA deve ser deficiente, uma vez que apresentam diferenças na expressão de proteínas e baixa expressão de proteínas que participam em vias importantes para a fertilidade espermática. Finalmente, no nosso último estudo levantou se a hipótese de que as proteínas ligantes de espermatozoides (BSPs Binder of sperm proteins) poderiam ser usadas como um potencial biomarcador de espermatozoides defeituosos. Portanto, caracterizou se as propriedades de ligação e abundância das proteínas BSP após centrifugação em gradiente de densidade e verificou se que na fração sobrenadante, houve um aumento da abundância de proteínas BSP no espermatozoide quando comparadas à fração do pellet (P <0,05). Nos espermatozoides obtidos dos pellets, BSP1 e BSP3 ligaram-se predominantemente no acrossoma, enquanto BSP5 apresentou alta afinidade pela peça intermediária. Além disso, a maior abundância das proteínas BSP foi correlacionada com danos no acrossoma e na membrana induzidos pela permeabilização do sêmen. Portanto, a abundância de proteínas BSP poderia ser utilizada como biomarcador de espermatozoides defeituosos ou com função comprometida. Nossos resultados nos permitiram complementar o conhecimento sobre fertilidade de touros, desde o exame andrológico até biomarcadores para espermatozoides defeituosos, especialmente em bovinos Bos indicus. Palavras-chave: Fertilidade em touros. Morfologia espermática. BSPs. Biomarcadores.
A fertilidade dos reprodutores é fundamental para a lucratividade e sustentabilidade da indústria pecuária. Até o momento, o exame andrológico é a melhor metodologia para estimar o potencial reprodutivo de futuros reprodutores. No entanto, as diretrizes para o exame andrológico diferem entre profissionais e sociedades, talvez devido à falta de pesquisas nessa área. Portanto, nosso primeiro estudo avaliou se, seguindo rigidamente as diretrizes para o exame andrológico, o número de touros Nelore aprovados e sua qualidade reprodutiva aumentariam ao longo do tempo. O segundo estudo avaliou se os touros nascidos no início da estação de parição são mais propensos a serem aprovados no exame andrológico quando comparados aos touros nascidos mais tarde. Para avaliar essas duas hipóteses, foram utilizados registros de 20 anos e 46.566 laudos em duas análises separadas incluindo uma regressão logística multivariada para medir o efeito do ano e da fazenda, e para estimar a probabilidade de aprovação de acordo a data de nascimento na estação de parição em tourinhos Nelore no primeiro exame andrológico. Os touros foram classificados como aprovados (aptos para reprodução e aptos para monta natural) e não aprovados (inapto temporário e inaptos). No geral, não houve melhora no percentual de touros aprovados. No entanto, houve um aumento no número de touros aprovados no primeiro exame andrológico e um aumento na porcentagem de touros classificados como aptos para reprodução (P <0,05), o que significa que a qualidade dos touros melhorou ao longo do tempo. Por outro lado, foi demonstrado que a data do nascimento na estação de parição afetou a probabilidade de aprovação no primeiro exame andrológico. Assim, touros nascidos no dia 0 da estação de parição tiveram 1,26 mais chances de serem aprovados no primeiro exame andrológico do que touros nascidos 21 dias depois. Em nossos estudos, 53% dos touros não são aprovados devido à má qualidade espermática, especificamente pela morfologia espermática. Ejaculados de touro com defeito de peça intermediária aplástica (PIA) têm baixa motilidade e fertilidade e podem ter origem genética. Portanto, nosso terceiro estudo teve como objetivo compreender a origem e os fatores que contribuem para a produção anormal de espermatozoides com PIA em touros Gir Leiteiro. Seis touros Gir Leiteiro (três touros controle e três touros com PIA) obtidos da mesma fazenda e manejo foram castrados para realizar um estudo morfofuncional e proteômico dos espermatozoides e avaliar o estresse oxidativo do trato reprodutivo. A análise morfológica demonstrou que a PIA é consequência duma espermiogênese imperfeita, também demostrou que os touros controle produziram uma alta porcentagem de PIA, porém possuem um mecanismo de remoção dos espermatozoides defeituosos antes do trânsito epididimario. Esse mecanismo gera um estresse oxidativo leve no testículo e na cabeça do epidídimo (medido em MDA e CAT; P <0,05); entretanto, o estresse é controlado no corpo e cauda do epidídimo. Além disso, a análise proteômica qualitativa e quantitativa mostrou que a maturação espermática dos touros com PIA deve ser deficiente, uma vez que apresentam diferenças na expressão de proteínas e baixa expressão de proteínas que participam em vias importantes para a fertilidade espermática. Finalmente, no nosso último estudo levantou se a hipótese de que as proteínas ligantes de espermatozoides (BSPs Binder of sperm proteins) poderiam ser usadas como um potencial biomarcador de espermatozoides defeituosos. Portanto, caracterizou se as propriedades de ligação e abundância das proteínas BSP após centrifugação em gradiente de densidade e verificou se que na fração sobrenadante, houve um aumento da abundância de proteínas BSP no espermatozoide quando comparadas à fração do pellet (P <0,05). Nos espermatozoides obtidos dos pellets, BSP1 e BSP3 ligaram-se predominantemente no acrossoma, enquanto BSP5 apresentou alta afinidade pela peça intermediária. Além disso, a maior abundância das proteínas BSP foi correlacionada com danos no acrossoma e na membrana induzidos pela permeabilização do sêmen. Portanto, a abundância de proteínas BSP poderia ser utilizada como biomarcador de espermatozoides defeituosos ou com função comprometida. Nossos resultados nos permitiram complementar o conhecimento sobre fertilidade de touros, desde o exame andrológico até biomarcadores para espermatozoides defeituosos, especialmente em bovinos Bos indicus. Palavras-chave: Fertilidade em touros. Morfologia espermática. BSPs. Biomarcadores.
Descrição
Palavras-chave
Touro - Infecundidade, Sêmen, Morfologia, Biomarcadores
Citação
DIAZ MIRANDA, Edgar Andres. Predictors of success in the breeding soundness evaluation and infertility in bulls. 2022. 201 f. Tese (Doutorado em Medicina Veterinária) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2022.