References

vavilov

Вавиловский журнал генетики и селекции

Vavilov Journal of Genetics and Breeding

2500-3259

Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS

10.18699/10.18699/VJ17.27-o

vavilov-1140

Research Article

ГЕНЕТИКА И СЕЛЕКЦИЯ РАСТЕНИЙ НА ИММУНИТЕТ, КАЧЕСТВО, ПРОДУКТИВНОСТЬ И СТРЕССОУСТОЙЧИВОСТЬ

ANIMAL GENETICS AND BREEDING

Криобанк генетических ресурсов кошачьих

Genome resource banking in the family Felidae

Амстиславский

С. Я.

Amstislavsky

S. Ya.

Новосибирск

Novosibirsk

amstis@bionet.nsc.ru

Мокроусова

В. И.

Mokrousova

V. I.

Новосибирск

Novosibirsk

Кожевникова

В. В.

Kozhevnikova

V. V.

Новосибирск

Novosibirsk

Кизилова

Е. А.

Kizilova

E. A.

Новосибирск

Novosibirsk

Брусенцев

Е. Ю.

Brusentsev

E. Yu.

Новосибирск

Novosibirsk

Окотруб

К. А.

Okotrub

K. A.

Новосибирск

Novosibirsk

Напримеров

В. А.

Naprimerov

V. A.

Новосибирск

Novosibirsk

Найденко

С. В.

Naidenko

S. V.

Москва

Moscow

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RASRussian Federation

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский национальный исследовательский государственный университетРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS; Novosibirsk State UniversityRussian Federation

Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Automation and Electrometry SB RASRussian Federation

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный аграрный университетРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS; Novosibirsk State Agrarian UniversityRussian Federation

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наукРоссияSevertsov Institute of Ecology and Evolution RASRussian Federation

2017

01112017

215561568

2017

Амстиславский С.Я., Мокроусова В.И., Кожевникова В.В., Кизилова Е.А., Брусенцев Е.Ю., Окотруб К.А., Напримеров В.А., Найденко С.В.

Amstislavsky S.Y., Mokrousova V.I., Kozhevnikova V.V., Kizilova E.A., Brusentsev E.Y., Okotrub K.A., Naprimerov V.A., Naidenko S.V.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/1140

Многие из существующих видов кошачьих находятся под угрозой исчезновения или уязвимы. Остальные представители этого семейства включают в себя исчезающие подвиды. Лишь очень немногие из кошачьих, кроме домашней кошки, не входят в группу риска. Криоконсервация эмбрионов и гамет является современным подходом к сохранению генетических ресурсов млекопитающих ex situ. Замораживание семени было применено к домашнему коту и более чем к 25 диким представителям этого семейства. Однако криоконсервация эмбрионов и ооцитов была успешной для небольшого числа видов кошек. Только у домашнего кота и у четырех диких представителей семейства кошачьих получено потомство после криоконсервации и последующей трансплантации эмбрионов. В отношении ооцитов разные способы замораживания и криоконсервации до сих пор экспериментально отрабатываются только на домашней кошке. В Новосибирске в ИЦиГ СО РАН создан криобанк генетических ресурсов, содержащий замороженные образцы семени дальневосточного лесного кота, красной и евразийской рыси. В результате разработаны оригинальные методы замораживания семени кошачьих. Заморожены эмбрионы домашней кошки, разрабатываются подходы к замораживанию ооцитов кошачьих. По отношению к эмбрионам и гаметам кошачьих использованы биологические и физические методы. В частности, в ходе процесса замораживания эмбрионов и ооцитов ведется мониторинг происходящих в них изменений при помощи метода комбинационного рассеяния света. В данном исследовании использованы различные способы оценки жизнеспособности замороженно-оттаянных сперматозоидов и эмбрионов, включающие в себя прижизненное окрашивание и последующие флуоресцентную и световую микроскопию, а также гетерологичное экстракорпоральное оплодотворение.

Many of the extant Felidae species are endangered or vulnerable. Others being not endangered as a whole species contain endangered subspecies. Only a very few cat species, besides domestic cats, are not in the risk group. Cryopreservation of embryos and gametes is a modern approach for ex situ mammalian genetic resources conservation. Freezing of semen has been successfully applied to the domestic cat and to more than 25 wild members of this family. However, embryos/oocytes cryopreservation was successful for only a small number of felids. Domestic cat and four wild Felidae species produced offspring after cryopreservation and subsequent embryo transfer. Regarding freezing of oocytes, so far different cryopreservation methods are still being experimentally tried exclusively for domestic cat. Genome Resource Bank (GRB) containing frozen semen of Amur leopard cat, bobcat and Eurasian lynx was established at the Institute of Cytology and Genetics, Novosibirsk. As a result of this project, original methods of feline semen freezing have been developed; embryos of domestic cat have been successfully frozen as well. Approaches to freeze domestic cat’s oocytes have also been tried. During this work, we combined biological and physical methods. In particular, the process of freezing embryos and oocytes was monitored with Raman spectroscopy. Different methods of frozen-thawed spermatozoa and embryonic viability testing were used in this study, including vital staining and subsequent fluorescent and light microscopy, and heterologous in vitro fertilization.

кошачьикриоконсервация генетических ресурсовкомбинационное рассеяние светарепродуктивные технологии

Felidaecryopreservation of genome recoursesRaman spectroscopyreproductive technologies

Russian Foundation for Basic Research; State Budgeted Project 0324-2016-0002; project “Living collections of wild animals”

References1

Abramova T.O., Kizilova E.A., Maslennikova S.O., Rozhkova I.N., Bayborodin S.I., Brusentsev E.Y., Naydenko S.V., Amstislavsky S.Y. Feline semen cryopreservation. Biofizika zhivoy kletki = Living Cell Biophysics. 2014;10:17-19. (in Russian)

Amstislavsky S., Aalto J., Järvinen M., Lindeberg H., Valtonen M., Zudova G., Ternovskaya Y. Transfer of European mink (Mustela lutreola) embryos into hybrid recipients. Theriogenology. 2004;62(3):458- 467. DOI 10.1016/j.theriogenology.2003.10.011.

Amstislavsky S.Y., Brusentsev E.Y., Okotrub K.A., Rozhkova I.N. Embryo and gamete cryopreservation for the conservation of labora tory animal genetic resources. Ontogenez = Ontogenesis (Moscow). 2015;46(2):67-81. DOI 10.7868/S0475145015020020. (in Russian)

Amstislavsky S.Y., Kozhevnikova V.V., Muzyka V.V., Kizilova E.A. Reproductive biology and genome resource bank of Felidae. Ontogenez = Ontogenesis (Moscow). 2017;48(2):93-106. DOI 10.7868/ S0475145017020021. (in Russian)

Amstislavsky S., Lindeberg H., Aalto J., Kennedy M.W. Conservation of the European mink (Mustela lutreola): focus on reproduction and reproductive technologies. Reprod. Dom. Anim. 2008;43(4):502- 513. DOI 10.1111/j.1439-0531.2007.00950.x.

Baudi D.L.K., Jewgenow K., Pukazhenthi B.S., Spercoski K.M., Santos A.S., Reghelin A.L.S., Candido M.V., Javorouski M.L., Muller G., Morais R.N. Influence of cooling rate on the ability of frozen-thawed sperm to bind to heterologous zona pellucida, as assessed by competitive in vitro binding assays in the ocelot (Leopardus pardalis) and tigrina (Leopardus tigrinus). Theriogenology. 2008;69(2):204-211. DOI 10.1016/j.theriogenology.2007.09.013.

Brodie J.F. Is research effort allocated efficiently for conservation? Felidae as a global case study. Biodivers. Conserv. 2009;18(11):2927- 2939. DOI 10.1007/s10531-009-9617-3.

Brusentsev E., Abramova T.O., Rozhkova I.N., Igonina T.N., Naprimerov V.A., Feoktistova N., Amstislavsky S. Cryopreservation and in vitro culture of preimplantation embryos in Djungarian hamster (Phodopus sungorus). Reprod. Dom. Anim. 2015;50(4):677-683. DOI 10.1111/rda.12564.

Cocchia N., Ciani F., Russo M., El Rass R., Rosapane I., Avallone L., Tortora G., Lorizio R. Immature cat oocyte vitrification in open pulled straws (OPSs) using a cryoprotectant mixture. Cryobiology. 2010;60(2):229-234. DOI 10.1016/j.cryobiol.2010.01.003.

Conforti V.A., Adania C.H., Gonzalez P.G., de Oliveira C., Swanson W.F. 155 novel recipient synchronization regimens for successful embryo transfer in the Brazilian ocelot following long-term frozen embryo storage. Reprod. Fertil. Dev. 2008;21(1):176-177. DOI 10.1071/RDv21n1Ab155.

Denker H.W., Eng L.A., Hamner C.E. Studies on the early development and implantation in the cat. Anat. Embryol. 1978;154(1):39-54. DOI 10.1007/BF00317953.

Donoghue A.M., Johnston L.A., Armstrong D.L., Simmons L.G., Wildt D.E. Birth of a Siberian tiger cub (Panthera tigris altaica) following laparoscopic intrauterine artificial insemination. J. Zoo Wild. Med. 1993;24(2);185-189. DOI 10.1638/1042-7260(2000)031 [0566:BOSTPT]2.0.CO;2.

Dresser B.L., Gelwicks E.J., Wachs K.B., Keller G.L. First successful transfer of cryopreserved feline (Felis catus) embryos resulting in live offspring. J. Exp. Zool. 1988;246(2):180-186. DOI 10.1002/ jez.1402460210.

Dubost G., Royère J.Y. Hybridization between ocelot (Felis pardalis) and puma (Felis concolor). Zoo Biol. 1993;12(3):277-283. DOI 10.1002/zoo.1430120305.

Fickel J., Wagener A., Ludwig A. Semen cryopreservation and the conservation of endangered species. Eur. J. Wildlife Res. 2007;53(2): 81-89. DOI 10.1007/s10344-007-0089-z.

Florio P.L. Birth of a lion×leopard hybrid in Italy. Int. Zoo News. 1983; 178(30/2):4-6.

Galiguis J., Gómez M.C., Leibo S.P., Pope C.E. Birth of a domestic cat kitten produced by vitrification of lipid polarized in vitro matured oocytes. Cryobiology. 2014;68(3):459-466. DOI 10.1016/j.cryobiol. 2014.02.012.

Gañán N., González R., Garde J.J., Martínez F., Vargas A., Gomendio M., Roldan E.R. Assessment of semen quality, sperm cryopreservation and heterologous IVF in the critically endangered Iberian lynx (Lynx pardinus). Reprod. Fertil. Dev. 2009a;21(7):848-859. DOI 10.1071/RD08226.

Gañán N., González R., Sestelo A., Garde J.J., Sánchez I., Aguilar J.M., Gomendio M., Roldan E.R.S. Male reproductive traits, semen cryopreservation, and heterologous in vitro fertilization in the bobcat (Lynx rufus). Theriogenology. 2009b;72(3):341-352. DOI 10.1016/j. theriogenology.2009.03.002.

Gómez M.C., Pope E., Harris R., Mikota S., Dresser B.L. Development of in vitro matured, in vitro fertilized domestic cat embryos following cryopreservation, culture and transfer. Theriogenology. 2003; 60(2):239-251. DOI 10.1016/S0093-691X(03)00004-9.

Ha A.N., Jo A.R., Kim Y.G., Yoon J.H., Bang J.I., Deb G.K., Fakruzzaman M., Lim Y M., Yong H.Y., Kong I.K. Establishment of cryopreservation of leopard cat semen collected by electro-ejaculation method. J. Embryo Transfer. 2011;26(4):245-250. DOI 10.1292/ jvms.15-0439.

Herrick J.R., Campbell M., Levens G., Moore T., Benson K., D’Agostino J., West G., Okeson D.M., Coke R., Portacio S.C., Kreider C., Polumbo P.J., Swanson W.F., Leiske K. In vitro fertilization and sperm cryopreservation in the black-footed cat (Felis nigripes) and sand cat (Felis margarita). Biol. Reprod. 2010;82(3):552-562. DOI 10.1095/biolreprod.109.081034.

Jewgenow K., Paris M.C. Preservation of female germ cells from ovaries of cat species. Theriogenology. 2006;66(1):93-100. DOI 10.1016/j.theriogenology.2006.03.010.

Johnson W.E., Eizirik E., Pecon-Slattery J., Murphy W.J., Antunes A., Teeling E., O’Brien S.J. The late Miocene radiation of modern Felidae: a genetic assessment. Science. 2006;311(5757):73-77. DOI 10.1126/science.1122277.

Karja N.W.K., Otoi T., Wongsrikeao P., Murakami M., Agung B., Fahrudin M., Nagai T. In vitro development and post-thaw survival of blastocysts derived from delipidated zygotes from domestic cats. Theriogenology. 2006;65(2):415-423. DOI 10.1016/j.theriogenology. 2005.04.029.

Karpegina Y.A., Okotrub K.A., Brusentsev E.Y., Amstislavsky S.Y., Surovtsev N.V. Cryoprotectant redistribution along the frozen straw probed by Raman spectroscopy. Cryobiology. 2016;72(2):148-153. DOI 10.1016/j.cryobiol.2016.01.002.

Leibo S.P., Songsasen N. Cryopreservation of gametes and embryos of non-domestic species. Theriogenology. 2002;57(1):303-326. DOI 10.1016/S0093-691X(01)00673-2.

Luciano A.M., Chigioni S., Lodde V., Franciosi F., Luvoni G.C., Modina S.C. Effect of different cryopreservation protocols on cytoskeleton and gap junction mediated communication integrity in feline germinal vesicle stage oocytes. Cryobiology. 2009;59(1):90-95. DOI 10.1016/j.cryobiol.2009.05.002.

Mattern M.Y., McLennan D.A. Phylogeny and speciation of felids. Cladistics. 2000;16(2):232-253. DOI 10.1111/j.1096-0031.2000. tb00354.x.

O’Brien S.J., Johnson W., Driscoll C., Pontius J., Pecon-Slattery J., Menotti-Raymond M. State of cat genomics. Trends Genet. 2008; 24(6):268-279. DOI 10.1016/j.tig.2008.03.004.

Oliveira R., Godinho R., Randi E., Ferrand N., Alves P.C. Molecular analysis of hybridisation between wild and domestic cats (Felis silvestris) in Portugal: implications for conservation. Conserv. Genet. 2008;9(1):1-11. DOI 10.1007/s10592-007-9297-z.

Pedro P.B., Yokoyama E., Zhu S.E., Yoshida N., Valdez Jr. D.M., Tanaka M., Edashige K., Kasai M. Permeability of mouse oocytes and embryos at various developmental stages to five cryoprotectants. J. Reprod. Dev. 2005;51(2):235-246. DOI 10.1262/jrd.16079.

Platz C.C., Wildt D.E., Seager S.W.J. Pregnancy in the domestic cat after artificial insemination with previously frozen spermatozoa. J. Reprod. Fertil. 1978;52(2):279-282. DOI 10.1530/jrf.0.0520279.

Pope C.E. Embryo technology in conservation efforts for endangered felids. Theriogenology. 2000;53(1):163-174. DOI 10.1016/S0093- 691X(99)00249-6.

Pope C.E., Gómez M.C., Dresser B.L. In vitro embryo production and embryo transfer in domestic and non-domestic cats. Theriogenology. 2006;66(6):1518-1524. DOI 10.1016/j.theriogenology.2006.01.026.

Pope C.E., Gómez M.C., Galiguis J., Dresser B.L. Applying embryo cryopreservation technologies to the production of domestic and black-footed cats. Reprod. Dom. Anim. 2012;47(s6):125-129. DOI 10.1111/rda.12053.

Pukazhenthi B., Laroe D., Crosier A., Bush L.M., Spindler R., Pelican K.M., Bush M., Howard J.G., Wildt D.E. Challenges in cryopre¬ servation of clouded leopard (Neofelis nebulosa) spermatozoa. Theriogenology. 2006;66(6):1790-1796. DOI 10.1016/j.theriogenology. 2006.02.020.

Randi E. Detecting hybridization between wild species and their domesticated relatives. Mol. Ecol. 2008;17(1):285-293. DOI 10.1111/ j.1365-294X.2007.03417.x.

Roth T.L., Howard J.G., Donoghue A.M., Swanson W.F., Wildt D.E. Function and culture requirements of snow leopard (Panthera uncia) spermatozoa in vitro. J. Reprod. Fertil. 1994;101(3):563-569. DOI 10.1530/jrf.0.1010563.

Schwartz M.K., Pilgrim K.L., McKelvey K.S., Lindquist E.L., ClaarJ.J., Loch S., Ruggiero L.F. Hybridization between Canada lynx and bobcats: genetic results and management implications. Conserv. Genet. 2004;5(3):349-355. DOI 10.1023/B:COGE.0000031141.47148.8b.

Shaw J.M., Jones G.M. Terminology associated with vitrification and other cryopreservation procedures for oocytes and embryos. Hum. Reprod. Update. 2003;9(6):583-605. DOI 10.1093/humupd/dmg041.

Stoops M.A., Bond J.B., Bateman H.L., Campbell M.K., Levens G.P., Bowsher T.R., Shannon T.F., Swanson W.F. Comparison of different sperm cryopreservation procedures on post-thaw quality and heterologous in vitro fertilisation success in the ocelot (Leopardus pardalis).Reprod. Fertil. Dev. 2007;19(5):685-694. DOI 10.1071/RD06078.

Swanson W.F., Brown J.L. International training programs in reproductive sciences for conservation of Latin American felids. Anim. Reprod. Sci. 2004;82:21-34. DOI 10.1016/j.anireprosci.2004.05.008.

Swanson W.F., Johnson W.E., Cambre R.C., Citino S.B., Quigley K.B., Brousset D.M., Morais R.N., Moreira N., O’Brien S.J., Wildt D.E. Reproductive status of endemic felid species in Latin American zoos and implications for ex situ conservation. Zoo Biol. 2003;22(5): 421-441. DOI 10.1002/zoo.10093.

Swanson W.F., Roth T.L., Wildt D.E. In vivo embryogenesis, embryo migration, and embryonic mortality in the domestic cat. Biol. Reprod. 1994;51(3):452-464.

Terrell K.A., Wildt D.E., Anthony N.M., Bavister B.D., Leibo S.P., Penfold L.M., Marker L.L., Crosier A.E. Different patterns of metabolic cryo-damage in domestic cat (Felis catus) and cheetah (Acinonyx jubatus) spermatozoa. Cryobiology. 2012;64(2):110-117. DOI 10.1016/j.cryobiol.2011.12.006.

Thiangtum K., Swanson W.F., Howard J., Tunwattana W., Tongthainan D., Wichasilpa W., Patumrattanathan P., Pinyopoommintr T. Assessment of basic seminal characteristics, sperm cryopreservation and heterologous in vitro fertilisation in the fishing cat (Prionailurus viverrinus). Reprod. Fertil. Dev. 2006;18(3):373-382. DOI 10.1071/ RD05098.

Thuwanut P., Chatdarong K., Bergqvist A.S., Söderquist L., Thiangtum K., Tongthainan D., Axnér E. The effects of antioxidants on semen traits and in vitro fertilizing ability of sperm from the flat-headed cat (Prionailurus planiceps). Theriogenology. 2011;76(1):115-125. DOI 10.1016/j.theriogenology.2011.01.024.

Thuwanut P., Srisuwatanasagul S., Wongbandue G., Tanpradit N., Thongpakdee A., Tongthainan D., Manee-In S., Chatdarong K. Sperm quality and the morphology of cryopreserved testicular tissues recovered post-mortem from diverse wild species. Cryobiology. 2013;67(2):244-247. DOI 10.1016/j.cryobiol.2013.07.002.

Trigo T.C., Schneider A., de Oliveira T.G., Lehugeur L.M., Silveira L., Freitas T.R., Eizirik E. Molecular data reveal complex hybridization and a cryptic species of Neotropical wild cat. Curr. Biol. 2013;23(24):2528-2533. DOI 10.1016/j.cub.2013.10.046.

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