ivmМеждународный вестник ветеринарииInternational Journal of Veterinary Medicine2072-2419SpbGUVM Publishing House10.52419/issn2072-2419.2023.4.413ivm-1201Research ArticleАКУШЕРСТВО, ГИНЕКОЛОГИЯOBSTETRICS, GYNECOLOGYГенетические основы качества спермы жеребцовThe genetic basis of the sperm quality of stallionshttps://orcid.org/0000-0002-8496-5277НикиткинаЕ. В.NikitkinaE. V.

канд.  биол.  наук.,  лаборатория  биологии  развития

Ph.D.  biological  sciences,  laboratory  of developmental biology

nikitkinae@mail.ruВсероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения сельскохозяйственных животных – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста»РоссияRussian Research Institute of Farm Animal Genetics and Breeding — Branch of the L.K. Ernst Federal Research Center for Animal HusbandryRussian Federation20231712202304413420Copyright © Никиткина Е.В., 20232023Никиткина Е.В.Nikitkina E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vetjournal.spbguvm.ru/jour/article/view/1201

Одним  из  важных  факторов,  влияющих  на  воспроизводительную  функцию, является генотип животного. Метод геномной селекции основывается на использовании полиморфных однонуклеотидных замен (SNP) как маркеров для определения  ценности  генотипа  животного  или  растения.  Формирование  и функционирование репродуктивной системы животных происходит в результате согласованного взаимодействия широкого спектра генов.  Поиск геномных ассоциаций GWAS (Genome-Wide Association Studies) с признаками фертильности позволит в дальнейшем вести отбор животных по этим показателям на геномном уровне. Сперму получали при помощи кобыл в охоте и на фантоме с использованием искусственной вагины Hannover (Minitubе, Германия). Сперму каждого жеребца собирали не менее  трех  раз.  Было  проанализировано  качество  спермы  96  жеребцов  разных  пород (арабская,  ахалтекинская,  тракененская,  чистокоровная  верховая,  орловский  рысак, французский рысак, советская тяжеловозная, шетлендский пони, уэльский пони, помести разных пород). Выявлена высокая изменчивость показателей качества спермы. Так, например, концентрация сперматозоидов в эякуляте варьировала от 59 до 514 млн/мл, прогрессивная подвижность от 20 до 87 %, а количество клеток без повреждений от 21,6 до 95,6 %. Такая вариабильность изучаемых признаков дает возможность предположить, что  их  формирование  в  процессе  онтогенеза  происходит  под  влиянием  генетических факторов. Проведенный GWAS анализ по объему эякулята, концентрации и подвижности сперматозоидов жеребцов выявил потенциальные гены-кандитаты, ассоциированные с  данными  показателями.  Ассоциации,  выявленные  в  нашем  исследовании,  являются многообещающими кандидатами для дальнейшего выявления биологических механизмов, лежащих в основе качества спермы жеребцов.

One of the important factors affecting the reproductive function is the genotype of the animal. The method of genomic selection is based on the use of polymorphic single nucleotide substitutions (SNP) as markers  for determining the value of the genotype of an animal or plant. The formation and functioning  of  the  reproductive  system  of  animals occurs as a result of the coordinated interaction of a wide range of genes.  The search for genomic  associations  of  GWAS  (Genome-Wide Association Studies) with signs of fertility will allow further selection of animals based  on  these  indicators  at  the  genomic level. Sperm was obtained with the help of mares in hunting and on a phantom using an artificial  Hannover  vagina  (Minitube,  Germany). The sperm of each stallion was collected at least three times. The semen quality of 96 stallions of different breeds (Arabian, Akhal-Teke, Trakenen, thoroughbred horse, Oryol  trotter,  French  trotter,  Soviet  heavy horse, Shetland pony, Welsh pony, horses of different breeds) was analyzed. High variability  of  sperm  quality  indicators  was  revealed.  For  example,  the  concentration  of sperm in the ejaculate varied from 59 to 514 million /ml, progressive mobility from 20 to 87%, and the number of cells without damage from 21.6 to 95.6%. Such variability of the studied features makes it possible to assume that their formation in the process of ontogenesis  occurs  under  the  influence  of genetic factors. The GWAS analysis of ejaculate volume, concentration and motility of stallion  sperm  revealed  potential  candidate genes associated with these indicators. The associations identified in our study are promising candidates for further identification of the  biological  mechanisms  underlying  the quality of stallion sperm.

спермажеребцыGWASSNPsemenstallionsGWASSNPРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки, проект № 121052600354-7/The work was carried out with the financial support of the Ministry of Education and Science, project No. 121052600354-7ReferencesНикиткина, Е.В. Поиск геномных ассоциаций с качеством спермы быков голштинской и черно-пестрой породы / Е.В. Никиткина, К.В. Племяшов, А.А. Мусидрай, А.А. Кудинов, А.А. Крутикова, Н.В. Дементьева // Генетика и разведение животных. - 2019.- № 4.- C.9-13. - https://doi.org/10.31043/2410-2733-2019-3-3-10Nikitkina E. / E. Nikitkina E., K. Plemyashov, A. Musidray, A. Kudinov, A. Krutikova, N. Demetieva // Search for genomic associations with sperm quality of Holstein and Black and White bulls. Genetics and breeding of animals. 2019:4:9-13. (In Russ.) https://doi.org/10.31043/2410-2733-2019-3-3-10Мороз, Л.Г. Полярографический метод оценки энергетического обмена в сперме по стимуляции дыхания 2,4 – динитрофенолом / Л.Г. Мороз, И.Ш. Шапиев // Бюллетень государственного научного учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения сельскохозяйственных животных - 1978. - № 33. - С. 28-30.Moroz, L.G. Polarographic method for assessing energy metabolism in sperm by stimulating respiration with 2,4-dinitrophenol / L.G. Moroz, I.Sh.. Shapiev // Bulletin of the state scientific institution All-Russian Scientific Research Institute of Genetics and Breeding of Farm Animals. 1978: 33: 28-30.Leeb, T. The horse genome project--sequence based insights into male reproductive mechanisms / T. Leeb // Reprod. Dom. Anim. - 2007. - №42. – C. 45–50. -https://doi.org/10.1111/j.1439-0531.2007.00897.xLeeb, T. The horse genome project--sequence based insights into male reproductive mechanisms / T. Leeb // Reprod. Dom. Anim. - 2007. - №42. – C. 45–50. -https://doi.org/10.1111/j.1439-0531.2007.00897.xBeurois, J. CFAP70 mutations lead to male infertility due to severe asthenoteratozoospermia/ J. Beurois; G. Martinez, G.; C. Cazin, C.; Z. Kherraf, Z. E.; A. Amiri-Yekta, N. Thierry-Mieg, M. Bidart, G. Petre, V. Satre, S. Brouillet, A. Touré, C. Arnoult, P. Ray, C. Coutton // A case report. - Hum. Reprod. – 2019. - № 34. – C. 2071–2079. -https://doi.org/10.1093/humrep/dez166Beurois, J. CFAP70 mutations lead to male infertility due to severe asthenoteratozoospermia/ J. Beurois; G. Martinez, G.; C. Cazin, C.; Z. Kherraf, Z. E.; A. Amiri-Yekta, N. Thierry-Mieg, M. Bidart, G. Petre, V. Satre, S. Brouillet, A. Touré, C. Arnoult, P. Ray, C. Coutton // A case report. - Hum. Reprod. – 2019. - № 34. – C. 2071–2079. -https://doi.org/10.1093/humrep/dez166Fagerberg, L. Analysis of the human tissue-specific expression by genomewide integration of transcriptomics and antibodybased proteomics/ L. Fagerberg, B. Hallström, P. Oksvold, C. Kampf, D. Djureinovic, J. Odeberg, M. Habuka, S. Tahmasebpoor, A. Danielsson, K. Edlund, A. Asplund, E. Sjöstedt, E. Lundberg, C. Szigyarto, M. Skogs, J. Takanen, H. Berling, H. Tegel, J. Mulder, P. Nilsson, J. Schwenk, C. Lindskog, F. Danielsson, F. Mardinoglu, A. Sivertsson, K. von Feilitzen, M. Forsberg, M. Zwahlen, I. Olsson, S. Navani, M. Huss, J. Nielsen, F. Ponten, M. Uhlén// Mol. Cell. Proteomics. 2014. № 13. – C. 397–406. https://oi.org/10.1074/mcp.M113.035600Fagerberg, L. Analysis of the human tissue-specific expression by genomewide integration of transcriptomics and antibodybased proteomics/ L. Fagerberg, B. Hallström, P. Oksvold, C. Kampf, D. Djureinovic, J. Odeberg, M. Habuka, S. Tahmasebpoor, A. Danielsson, K. Edlund, A. Asplund, E. Sjöstedt, E. Lundberg, C. Szigyarto, M. Skogs, J. Takanen, H. Berling, H. Tegel, J. Mulder, P. Nilsson, J. Schwenk, C. Lindskog, F. Danielsson, F. Mardinoglu, A. Sivertsson, K. von Feilitzen, M. Forsberg, M. Zwahlen, I. Olsson, S. Navani, M. Huss, J. Nielsen, F. Ponten, M. Uhlén// Mol. Cell. Proteomics. 2014. № 13. – C. 397–406. https://oi.org/10.1074/mcp.M113.035600Liu, J. Functional SNPs of INCENP Affect Semen Quality by Alternative Splicing Mode and Binding Affinity with the Target BtamiR-378 in Chinese Holstein Bulls/ J. Liu, Y. Sun, C. Yang, Y. Zhang, Q. Jiang, J. Huang, Z. Ju, X. Wang, J. Zhong, C.Wang// PloS one. - 2016. - № 11. –C. e0162730. -https://doi.org/10.1371/journal.pone.0162730Liu, J. Functional SNPs of INCENP Affect Semen Quality by Alternative Splicing Mode and Binding Affinity with the Target BtamiR-378 in Chinese Holstein Bulls/ J. Liu, Y. Sun, C. Yang, Y. Zhang, Q. Jiang, J. Huang, Z. Ju, X. Wang, J. Zhong, C.Wang// PloS one. - 2016. - № 11. –C. e0162730. -https://doi.org/10.1371/journal.pone.0162730Leahy, T. Quantitative Proteomic Analysis of Seminal Plasma, Sperm Membrane Proteins, and Seminal Extracellular Vesicles Suggests Vesicular Mechanisms Aid in the Removal and Addition of Proteins to the Ram Sperm Membrane/ T. Leahy, J. Rickard, T. Pini, B. Gadella, S. de Graaf// Proteomics.- 2020. - №20.- C. e1900289. -https://doi.org/10.1002/pmic.201900289Leahy, T. Quantitative Proteomic Analysis of Seminal Plasma, Sperm Membrane Proteins, and Seminal Extracellular Vesicles Suggests Vesicular Mechanisms Aid in the Removal and Addition of Proteins to the Ram Sperm Membrane/ T. Leahy, J. Rickard, T. Pini, B. Gadella, S. de Graaf// Proteomics.- 2020. - №20.- C. e1900289. -https://doi.org/10.1002/pmic.201900289Атрощенко, М.М., Биохимические маркеры качества спермы жеребцов (обзор)/ М.М. Атрощенко, Д.В. Медведев// Сельскохозяйственная биология – 2023. - Т. 58. - № 2. - С. 249-259. doi: 10.15389/agrobiology.2023.2.249rusAtroshchenko, M.M., Biochemical markers of stallion sperm quality (review) / M.M. Atroshchenko, D.V. Medvedev // Agricultural biology .2023:T.58:2:249-259. doi: 10.15389/agrobiology.2023.2.249rusHuang, M. Involvement of ALF in human spermatogenesis and male infertility/ M. Huang, H. Wang, J. Li, Z. Zhou, Y. Du, M. Lin, J. Sha, J.//Int. J. Mol. Med. – 2006. - № 17. – C. 599–604. - https://doi.org/10.3892/ijmm.17.4.599Huang, M. Involvement of ALF in human spermatogenesis and male infertility/ M. Huang, H. Wang, J. Li, Z. Zhou, Y. Du, M. Lin, J. Sha, J.//Int. J. Mol. Med. – 2006. - № 17. – C. 599–604. - https://doi.org/10.3892/ijmm.17.4.599Yan, W. Expression of the E3 SUMO-1 ligases PIASx and PIAS1 during spermatogenesis in the rat/ W. Yan, H. Santti, O. Jänne, J. Palvimo, J. Toppari // Gene Expr. Patterns. – 2003. - №3. – C. 301–308. - https://doi.org/10.1016/S1567-133X(03)00045-0Yan, W. Expression of the E3 SUMO-1 ligases PIASx and PIAS1 during spermatogenesis in the rat/ W. Yan, H. Santti, O. Jänne, J. Palvimo, J. Toppari // Gene Expr. Patterns. – 2003. - №3. – C. 301–308. - https://doi.org/10.1016/S1567-133X(03)00045-0Suetsugu, S. Male‐specific sterility caused by the loss of CR16/ S. Suetsugu, Y. Banzai, M. Kato, K. Fukami, Y. Kataoka, Y. Takai, N. Yoshida, T. Takenawa //Genes Cells. – 2007.-№ 12. – C. 721–733 - https://doi.org/10.1111/j.1365-2443.2007.01088.xSuetsugu, S. Male‐specific sterility caused by the loss of CR16/ S. Suetsugu, Y. Banzai, M. Kato, K. Fukami, Y. Kataoka, Y. Takai, N. Yoshida, T. Takenawa //Genes Cells. – 2007.-№ 12. – C. 721–733 - https://doi.org/10.1111/j.1365-2443.2007.01088.xRoy, A. De novo sequencing and comparative analysis of testicular transcriptome from different reproductive phases in freshwater spotted snakehead Channa punctatus / A. Roy, R. Basak, U. Rai // PLoS One. - 2017. - №12. – C. e0173178. -https://doi.org/10.1371/journal.pone.0173178Roy, A. De novo sequencing and comparative analysis of testicular transcriptome from different reproductive phases in freshwater spotted snakehead Channa punctatus / A. Roy, R. Basak, U. Rai // PLoS One. - 2017. - №12. – C. e0173178. -https://doi.org/10.1371/journal.pone.0173178Rodríguez-Marí, A. Sex reversal in zebrafish fancl mutants is caused by Tp53-mediated germ cell apoptosis/ A. Rodríguez-Marí, C. Cañestro, R. BreMiller, A. Nguyen-Johnson, K. Asakawa, K. Kawakami, J. Postlethwait,// PLoS Genet. – 2010.-№6. – С. e1001034. - https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1001034Rodríguez-Marí, A. Sex reversal in zebrafish fancl mutants is caused by Tp53-mediated germ cell apoptosis/ A. Rodríguez-Marí, C. Cañestro, R. BreMiller, A. Nguyen-Johnson, K. Asakawa, K. Kawakami, J. Postlethwait,// PLoS Genet. – 2010.-№6. – С. e1001034. - https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1001034

The authors declare that there are no conflicts of interest present.