Expresión proteómica del plasma seminal del toro criollo San Martinero y su relación con la fertilidad y desarrollo embrionario in vitro en condiciones del trópico bajo colombiano.

Abstract

La producción animal en un país tropical como Colombia se ve limitada, entre otras cosas, por factores ambientales adversos, como temperatura, humedad relativa y radiación solar altas a lo largo del año. En los sistemas de producción bovina colombiana existen razas criollas, como la San Martinero, que ha demostrado los mejores índices reproductivos (fertilidad, natalidad, intervalo entre partos, etc.). Para esclarecer el porqué de la mayor fertilidad, la presente investigación se realiza con el propósito de estudiar proteínas del plasma seminal y su asociación con indicadores de calidad espermática pre- (volumen seminal, concentración, motilidad, viabilidad, morfología, índice de calidad espermática (ICE) y espermatozoides congelables) y post-descongelación (motilidad, viabilidad, morfología e ICE), fertilidad y producción in vitro de blastocistos de esta raza criolla en la época lluviosa comparada con la época seca y con la raza Cebú Brahman. Para la investigación se seleccionaron al azar 7 toros reproductores de la raza San Martinero (SM) y 7 de la raza Cebú Brahman. Los ejemplares se mantuvieron bajo pastoreo en Brachiaria decumbens en el Centro de Investigaciones la Libertad de Corpoica. La evaluación por época se realizó en SM tanto en período lluvioso como de sequía y la evaluación entre razas (SM y Cebú) únicamente se realizó en lluvias. Los muestreos y análisis seminales por toro en fresco se realizaron tres veces y post descongelación 5 veces para evaluación de calidad espermática, fecundación y producción in vitro de blastocistos. El análisis de la información se basó en Modelos mixtos con medidas repetidas en el tiempo y en ecuaciones de predicción y análisis de componentes principales.

Los resultados del estudio permitieron la generación de los primeros mapas referenciales uni y bidimensionales de la raza San Martinero y de la Cebú Brahman caracterizados bajo las condiciones climáticas del trópico bajo colombiano.

Los resultados obtenidos de los toros SM para la época de lluvias en términos de indicadores de calidad espermática, fecundación in vitro y efecto en el desarrollo embrionario vistos en forma integrada permiten predecir la fertilidad in vivo. Los valores de estos indicadores no generaron grandes cambios entre la época seca o lluviosa, pero sí superaron a los indicadores de eficiencia reproductiva de toros reproductores de la raza Cebú Brahman.

Los cambios de las variables estudiadas que determinan la calidad espermática de los toros por efecto de las proteínas plasmáticas son respuesta de la participación en forma de clúster que integra, bajo un modelo de predicción, proteínas con y sin cambios significativos y no en forma independiente. En este estudio reconocimos algunos modelos cuya asociación explican en gran forma el comportamiento de las variables de calidad seminal (volumen seminal, concentración, motilidad, viabilidad y morfología espermáticas), del ICE y de la producción de espermatozoides congelables, en función de la raza, la época climática, o de acuerdo a si se trata de semen fresco o descongelado. La investigación realizada permitió identificar que el punto de proteína A2301, de de peso molecular 16.74 kDa y pI 4.78, se asocia con los toros seleccionados como de mayor fertilidad, mientras que los puntos A4113 y A4119, de pesos moleculares 15.37 y 15.49 kDa y pI de 5.38 y 5.15, respectivamente, se relacionaron con los toros de baja fertilidad. Los resultados encontrados de la evaluación de calidad espermática del toro criollo SM y de participación de las proteínas del plasma seminal estudiados entre época y comparado con la raza Cebú Brahman muestran la superioridad del bovino Criollo y señalan a la proteómica como una gran herramienta para la selección de toros. Animal production in a tropical country like Colombia is constrained, among other things, by adverse environmental factors such as temperature, relative humidity and high solar radiation throughout the year. In cattle production systems Colombian landraces exists, such as San Martinero, which has shown the best reproductive rates (fertility, birth, calving interval, etc..). To clarify the reason for its increased fertility, this research was done with the purpose of studying seminal plasma proteins and their association with indicators of sperm quality pre- (volume, concentration, motility, viability, morphology, sperm quality index (ICE) and freezable sperm) and post-thaw (motility, viability, morphology and ICE), fertility and in vitro production of blastocysts in this race Creole during the rainy season compared to the dry season and to Zebu Brahman semen.

Seven San Martinero (SM) bulls and 7 Zebu Brahman were randomly selected for the research. The specimens were kept under grazing with Brachiaria decumbens in the Research Center Corpoica “La Libertad”. The evaluation was conducted in SM both in the rainy and drought seasons and evaluation between races (SM and Zebu) only took place in the rainy season. Sampling and quality assessment for bull fresh semen were performed three times; for post-thaw sperm, fertilization and in vitro blastocyst production, the evaluations were 5 times repeated. The data analysis was based on mixed models with repeated measures over time and predictive equations and principal component analysis.

The results of the study allowed the first generation and two-dimensional reference maps of seminal plasma proteins of San Martinero and Zebu Brahman races characterized under tropical climatic conditions in Colombia.

The results of the SM bulls for the rainy season in terms of indicators of sperm quality, fertilization and in vitro embryo development, showed in an integrated way, let predict the in vivo fertility. The values of these indicators did not produce major changes between the dry and rainy season, but outscored the reproductive efficiency indicators of breeding bulls of Brahman Zebu.

The changes of the studied variables that determine the sperm quality of the bulls by the effect of the plasma proteins are the response for their participation in a cluster manner and not in an independently manner, that integrates, under a prediction model, proteins with and without significant changes. In this study, some models were recognized whose association explains the behavior of variables that account for semen quality (seminal volume, concentration, motility, viability and sperm morphology), SQI and sperm production, depending on the race, the climatic season, or according to whether it was fresh or frozen-thawed sperm.

The investigation identified the protein point A2301, with molecular weight of 16.74 kDa and pI 4.78, associated with bulls selected as those with higher fertility, while points A4113 and A4119, with molecular weight 15.49 15.37 kDa and pI 5.38 and 5.15, respectively, were associated with low fertility bulls.

The results of the evaluation of native SM bull sperm quality and participation of seminal plasma proteins studied between seasons, and compared with Zebu Brahman cattle, show the superiority of San Martinero and point to proteomics as a great tool for selecting of bulls.