vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ18.435vavilov-1794Research ArticleГЕНОФОНД И СЕЛЕКЦИЯ ЖИВОТНЫХANIMAL GENE POOL AND BREEDINGВлияние породы и генеалогической линии на показатели спермопродукции и разнообразие морфологических форм сперматозоидов у быков-производителейSemen quality and diversity of morphological sperm abnormalities in bulls: breed and strain effectshttps://orcid.org/0000-0002-7537-2525КлещевМ. А.KleshchevM. A.max82cll@bionet.nsc.ruПетуховВ. Л.PetukhovV. L.https://orcid.org/0000-0002-7597-9204ОсадчукЛ. В.OsadchukL. V.Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Cytology and Genetics, SB RASRussian FederationНовосибирский государственный аграрный университетРоссияNovosibirsk State Agrarian UniversityRussian Federation201801012019228931938Copyright © Клещев М.А., Петухов В.Л., Осадчук Л.В., 20192019Клещев М.А., Петухов В.Л., Осадчук Л.В.Kleshchev M.A., Petukhov V.L., Osadchuk L.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/1794

В настоящее время значительное внимание уделяется изучению генетической регуляции процессов адаптации сельскохозяйственных животных к условиям окружающей среды. Эта проблема актуальна в связи с широким распространением в различных регионах мира высокопродуктивных пород крупного рогатого скота, созданных в Европе и Северной Америке. Однако до сих пор не изучались изменения в количестве и качестве сперматозоидов быков­производителей пород зарубежной селекции при их адаптации в эколого­климатических условиях Западной Сибири. Цель работы – исследовать особенности качества эякулята и разнообразие морфологических аномалий сперматозоидов у быков­производителей пород зарубежной и отечественной селекции в эколого­климатических условиях юга Западной Сибири. У 44 быков (племпредприятие «Барнаульское», Алтайский край) черно­пестрой, симментальской, англерской и красной датской пород оценивали объем эякулята, концентрацию и общее количество сперматозоидов в эякуляте, долю подвижных и морфологически аномальных половых клеток, определяли встречаемость различных типов аномалий строения сперматозоидов. Установлено, что средние значения концентрации сперматозоидов в эякуляте, доли подвижных и морфологически аномальных сперматозоидов в изученной выборке быков близки к таковым у быков, содержащихся в странах Европы. Межпородных различий по данным показателям не обнаружено. Однако быки группы красных пород (красной датской, англерской) и симментальской породы отличались от быков черно­пестрой породы повышенной встречаемостью аморфных и грушевидных головок сперматозоидов соответственно. При сравнительном анализе показателей качества спермы у быков разных линий черно­пестрой породы установлено, что подвижность сперматозоидов у быков линии Рефлекшн Соверинга 198998 была ниже, чем у быков линии В.Б. Айдиала 1013415. Межлинейных различий по концентрации сперматозоидов в эякуляте, доле морфологически аномальных сперматозоидов, а также встречаемости отдельных типов аномалий сперматозоидов не отмечено. Таким образом, природно­климатические условия юга Западной Сибири не оказывают негативного влияния на продукцию сперматозоидов, а также на содержание подвижных и морфологически нормальных половых клеток в эякуляте у быков. Однако повышенная встречаемость аморфных и грушевидных головок сперматозоидов у быков зарубежной селекции указывает на возможные риски развития у них субфертильности и необходимость исследования фрагментации ДНК сперматозоидов.

At present great attention is paid to studying genetic regulation of farm animal adaptations to environmental conditions. This problem is very important due to a wide expansion of highly productive cattle breeds created in Europe and North America. However, until the present no investigation of changing semen quality in bulls of imported breeds during their adaptations to environmental conditions of Western Siberia has been conducted. The aim of this study was to investigate semen quality peculiarities and the diversity of morphological sperm abnormalities in bulls of imported and local breeds kept in the environmental conditions of the southern part of Western Siberia. We determined sperm concentration, sperm count, and rate of sperm with progressive motility and percentage of morphologically normal spermatozoa. The rate of sperm abnormalities according to Blome’s classifcation was determined too. It was found that the mean values of sperm concentration, sperm motility and percentage of morphologically normal spermatozoa in the bulls investigated were similar to those in bulls kept in European countries. Inter­breed differences in these parameters were not found. However, bulls of the Red Danish, Angler, and Simmental breeds had a higher percentage of misshapen sperm head and pyriform sperm head than bulls of the Black­White breed. An inter­strain difference in sperm motility in bulls of the Black­White breed was observed. It was found that bulls of Reflection Sovereign 198998 strain had lover sperm motility than bulls of Wis Burke Ideal 1013415 strain. No inter­strain differences in sperm production, percentage of morphologically normal spermatozoa and rate of main sperm abnormalities were found. Thus, it has been found that the environmental conditions of the southern part of Western Siberia do not seriously affect the sperm production, sperm motility or percentage of morphologically normal spermatozoa in bulls. However, the increased rate of misshapen and pyriform sperm heads in the bulls of the foreign breeds points to a need to study sperm DNA fragmentation.

быкиколичество сперматозоидовподвижность сперматозоидовморфология сперматозоидовфертильностьокружающая средапородалинияbullssperm countsperm motilitysperm morphologyfertilityenvironmentbreedstrainReferencesЗенков П.М., Топурия Л.Ю. Влияние генотипа на показатели спермопродукции быков-производителей. Изв. Оренб. гос. аграр. ун-та. 2014;3:103-105.Zenkov P.M., Topuriya L.Y. Effect of genotype on sperm production in sires. Izvestija Orenburgskogo Gosudarstvennogo Agrarnogo Universiteta = Proceedings of the Orenburg State Agrarian University. 2014;3:103-105. (in Russian)Ильин В.В. ОАО Племпредприятие «Барнаульское». Новосибирск, 2012.Il’in V.V. Breeding Farm Barnaulskoe. Novosibirsk, 2012. (in Russian)Коростелева Н.И., Рудишина Н.М. История создания и современное состояние алтайской популяции приобского молочного типа скота черно-пестрой породы. Вестн. Алт. гос. аграр. ун-та. 2007;29(3):30-38.Korosteleva N.I., Rudishina N.M. The breeding history modern state of the Altai population of the Black Pied dairy cattle breed in the Ob area. Vestnik Altayskogo Gosudarstvennogo Agrarnogo Universiteta = Bulletin of the Altai State Agricultural University. 2007; 29(3):30-38. (in Russian)Сысо А.И., Ильин В.Б. Эколого-агрохимическая оценка содержания микроэлементов в почвах и растительной продукции на юге Западной Сибири. Проблемы агрохимии и экологии. 2008;3: 33-36.Syso A.I., Il’in V.B. Ecological and agrochemical assessment of microelement contents of in soils and plant products in southern West Siberia. Problemy Agrokhimii i Ekologii = Issues of Agrochemistry and Ecology. 2008;(3):33-36. (in Russian)Четвертакова Е.В. Влияние зимне-весеннего периода года на долю аномальных форм сперматозоидов в нативной и криоконсервированной сперме голштинских быков-спермодоноров. Вестн. Краснояр. гос. аграр. ун-та. 2012;(8):118-122.Chetvertakova E.V. Winter-spring season influence on the percentage of aberrant sperm cells in native and cryopreserved sperm of Holstein sperm donors. Vestnik KrasGAU = Bulletin of the Krasnoyarsk State Agrarian University. 2012;(8):118-122. (in Russian)Al-Makhzoomi A., Lundeheim N., Haard M., Rodríguez-Martínez H. Sperm morphology and fertility of progeny-tested AI dairy bulls in Sweden. Theriogenology. 2008;70(4):682-691. DOI 10.1016/j.theriogenology.2008.04.049.Al-Makhzoomi A., Lundeheim N., Haard M., Rodríguez-Martínez H. Sperm morphology and fertility of progeny-tested AI dairy bulls in Sweden. Theriogenology. 2008;70(4):682-691. DOI 10.1016/j.theriogenology.2008.04.049.Ashrafzadeh A., Karsani S.A., Nathan S. Mammalian sperm fertility related proteins. Int. J. Med. Sci. 2013;10(12):1649-1657. DOI 10.7150/ijms.6395.Ashrafzadeh A., Karsani S.A., Nathan S. Mammalian sperm fertility related proteins. Int. J. Med. Sci. 2013;10(12):1649-1657. DOI 10.7150/ijms.6395.Ball P., Peters A.R. Reproduction in cattle. Oxford: Blackwell Publ. Ltd, 2004.Ball P., Peters A.R. Reproduction in cattle. Oxford: Blackwell Publ. Ltd, 2004.Björndahl L., Kvist U. Human sperm chromatin stabilization: a proposed model including zinc bridges. Mol. Hum. Reprod. 2010;16(1): 23-29. DOI 10.1093/molehr/gap099.Björndahl L., Kvist U. Human sperm chromatin stabilization: a proposed model including zinc bridges. Mol. Hum. Reprod. 2010;16(1): 23-29. DOI 10.1093/molehr/gap099.Canario L., Mignon-Grasteau S., Dupont-Nivet M., Phocas F. Genetics of behavioural adaptation of livestock to farming conditions. Animal. 2013;7(3):357-377. DOI 10.1017/S1751731112001978.Canario L., Mignon-Grasteau S., Dupont-Nivet M., Phocas F. Genetics of behavioural adaptation of livestock to farming conditions. Animal. 2013;7(3):357-377. DOI 10.1017/S1751731112001978.Enciso M., Cisale H., Johnston S.D., Sarasa J., Fernández J.L., Gos- álvez J. Major morphological sperm abnormalities in the bull are related to sperm DNA damage. Theriogenology. 2011;76(1):23-32. DOI 10.1016/j.theriogenology.2010.12.034.Enciso M., Cisale H., Johnston S.D., Sarasa J., Fernández J.L., Gos- álvez J. Major morphological sperm abnormalities in the bull are related to sperm DNA damage. Theriogenology. 2011;76(1):23-32. DOI 10.1016/j.theriogenology.2010.12.034.Evenson D.P. The Sperm Chromatin Structure Assay (SCSA) and other sperm DNA fragmentation tests for evaluation of sperm nuclear DNA integrity as related to fertility. Anim. Reprod. Sci. 2016;169:56-75. DOI 10.1016/j.anireprosci.2016.01.017.Evenson D.P. The Sperm Chromatin Structure Assay (SCSA) and other sperm DNA fragmentation tests for evaluation of sperm nuclear DNA integrity as related to fertility. Anim. Reprod. Sci. 2016;169:56-75. DOI 10.1016/j.anireprosci.2016.01.017.Freneau G.E., Chenoweth P., Ellis R., Rupp G. Sperm morphology of beef bulls evaluated by two different methods. Anim. Reprod. Sci. 2010;118(2-4):176-181. DOI 10.1016/j.anireprosci.2009.08.015.Freneau G.E., Chenoweth P., Ellis R., Rupp G. Sperm morphology of beef bulls evaluated by two different methods. Anim. Reprod. Sci. 2010;118(2-4):176-181. DOI 10.1016/j.anireprosci.2009.08.015.Fuerst-Waltl B., Schwarzenbacher H., Perner C., Sölkner J. Effects of age and environmental factors on semen production and semen quality of Austrian Simmental bulls. Anim. Reprod. Sci. 2006; 95(1-2):27-37. DOI 10.1016/j.anireprosci.2005.09.002.Fuerst-Waltl B., Schwarzenbacher H., Perner C., Sölkner J. Effects of age and environmental factors on semen production and semen quality of Austrian Simmental bulls. Anim. Reprod. Sci. 2006; 95(1-2):27-37. DOI 10.1016/j.anireprosci.2005.09.002.Hering D.M., Olenski K., Kaminski S. Genome-wide association study for poor sperm motility in Holstein-Friesian bulls. Anim. Reprod. Sci. 2014a;146(3-4):89-97. DOI 10.1016/j.anireprosci.2014.01.012.Hering D.M., Olenski K., Kaminski S. Genome-wide association study for poor sperm motility in Holstein-Friesian bulls. Anim. Reprod. Sci. 2014a;146(3-4):89-97. DOI 10.1016/j.anireprosci.2014.01.012.Hering D.M., Oleński K., Ruść A., Kaminski S. Genome-wide association study for semen volume and total number of sperm in HolsteinFriesian bulls. Anim. Reprod. Sci. 2014b;151(3-4):126-130. DOI 10.1016/j.anireprosci.2014.10.022.Hering D.M., Oleński K., Ruść A., Kaminski S. Genome-wide association study for semen volume and total number of sperm in HolsteinFriesian bulls. Anim. Reprod. Sci. 2014b;151(3-4):126-130. DOI 10.1016/j.anireprosci.2014.10.022.Hoflack G., Opsomer G., Rijsselaere T., Van Soom A., Maes D., de Kruif A., Duchateau L. Comparison of computer-assisted sperm motility analysis parameters in semen from Belgian blue and HolsteinFriesian bulls. Reprod. Domest. Anim. 2007;42(2):153-161. DOI 10.1111/j.1439-0531.2006.00745.x.Hoflack G., Opsomer G., Rijsselaere T., Van Soom A., Maes D., de Kruif A., Duchateau L. Comparison of computer-assisted sperm motility analysis parameters in semen from Belgian blue and HolsteinFriesian bulls. Reprod. Domest. Anim. 2007;42(2):153-161. DOI 10.1111/j.1439-0531.2006.00745.x.Hopper R.M., King E.H. Evaluation of breeding soundness: basic examination of the semen. In: Hopper R.M. (Ed.). Bovine Reproduction. Oxford: Wiley-Blackwell, 2014;248-260. DOI 10.1002/9781118833971.Hopper R.M., King E.H. Evaluation of breeding soundness: basic examination of the semen. In: Hopper R.M. (Ed.). Bovine Reproduction. Oxford: Wiley-Blackwell, 2014;248-260. DOI 10.1002/9781118833971.Koivisto M.B., Costa M.T., Perri S.H., Vicente W.R. The effect of season on semen characteristics and freezability in Bos indicus and Bos taurus bulls in the southeastern region of Brazil. Reprod. Domest. Anim. 2009;44(4):587-592. DOI 10.1111/j.1439-0531.2008.01023.x.Koivisto M.B., Costa M.T., Perri S.H., Vicente W.R. The effect of season on semen characteristics and freezability in Bos indicus and Bos taurus bulls in the southeastern region of Brazil. Reprod. Domest. Anim. 2009;44(4):587-592. DOI 10.1111/j.1439-0531.2008.01023.x.Liu S., Yin H., Li C., Qin C., Cai W., Cao M., Zhang S. Genetic effects of PDGFRB and MARCH1 identifed in GWAS revealing strong associations with semen production traits in Chinese Holstein bulls. BMC Genet. 2017;18(1):63. DOI 10.1186/s12863-017-0527-1.Liu S., Yin H., Li C., Qin C., Cai W., Cao M., Zhang S. Genetic effects of PDGFRB and MARCH1 identifed in GWAS revealing strong associations with semen production traits in Chinese Holstein bulls. BMC Genet. 2017;18(1):63. DOI 10.1186/s12863-017-0527-1.Menegassi S.R., Pereira G.R., Bremm C., Koetz C., Jr., Lopes F.G., Fiorentini E.C., McManus C., Dias E.A., da Rocha M.K., Lopes R.B., Barcellos J.O. Effects of ambient air temperature, humidity, and wind speed on seminal traits in Braford and Nellore bulls at the Brazilian Pantanal. Int. J. Biometeorol. 2016;60(11):1787-1794. DOI 10.1007/s00484-016-1167-2.Menegassi S.R., Pereira G.R., Bremm C., Koetz C., Jr., Lopes F.G., Fiorentini E.C., McManus C., Dias E.A., da Rocha M.K., Lopes R.B., Barcellos J.O. Effects of ambient air temperature, humidity, and wind speed on seminal traits in Braford and Nellore bulls at the Brazilian Pantanal. Int. J. Biometeorol. 2016;60(11):1787-1794. DOI 10.1007/s00484-016-1167-2.Menon A.G., Barkema H.W., Wilde R., Kastelic J.P., Thundathil J.C. Associations between sperm abnormalities, breed, age, and scrotal circumference in beef bulls. Can. J. Vet. Res. 2011;(4):241-247.Menon A.G., Barkema H.W., Wilde R., Kastelic J.P., Thundathil J.C. Associations between sperm abnormalities, breed, age, and scrotal circumference in beef bulls. Can. J. Vet. Res. 2011;(4):241-247.Ntemka A., Tsousis G., Brozos C., Kiossis E., Boscos C.M., Tsakmakidis I.A. Breed differences of bull frozen-thawed semen. Reprod. Domest. Anim. 2016;51(6):945-952. DOI 10.1111/rda.12769.Ntemka A., Tsousis G., Brozos C., Kiossis E., Boscos C.M., Tsakmakidis I.A. Breed differences of bull frozen-thawed semen. Reprod. Domest. Anim. 2016;51(6):945-952. DOI 10.1111/rda.12769.Omu A.E. Sperm parameters: paradigmatic index of good health and longevity. Med. Princ. Pract. 2013;22(1):30-42. DOI 10.1159/000354208.Omu A.E. Sperm parameters: paradigmatic index of good health and longevity. Med. Princ. Pract. 2013;22(1):30-42. DOI 10.1159/000354208.Porto-Neto L.R., Reverter A., Prayaga K.C., Chan E.K., Johnston D.J., Hawken R.J., Fordyce G., Garcia J.F., Sonstegard T.S., Bolormaa S., Goddard M.E., Burrow H.M., Henshall J.M., Lehnert S.A., Barendse W. The genetic architecture of climatic adaptation of tropical cattle. PLoS One. 2014;9(11):1-22. DOI 10.1371/journal.pone.0113284.Porto-Neto L.R., Reverter A., Prayaga K.C., Chan E.K., Johnston D.J., Hawken R.J., Fordyce G., Garcia J.F., Sonstegard T.S., Bolormaa S., Goddard M.E., Burrow H.M., Henshall J.M., Lehnert S.A., Barendse W. The genetic architecture of climatic adaptation of tropical cattle. PLoS One. 2014;9(11):1-22. DOI 10.1371/journal.pone.0113284.Saacke R.G. Sperm morphology: its relevance to compensable and uncompensable traits in semen. Theriogenology. 2008;70(3):473-478. DOI 10.1016/j.theriogenology.2008.04.012.Saacke R.G. Sperm morphology: its relevance to compensable and uncompensable traits in semen. Theriogenology. 2008;70(3):473-478. DOI 10.1016/j.theriogenology.2008.04.012.Sivakumar A., Kumar S., Yathish H.M., Mishra C., Modi R.P., Chaudhary R., Khan S., Sivamani B., Ghosh S.K., Sarkar M. Expression profling and identifcation of novel SNPs in CatSper2 gene and their influence on sperm motility parameters in bovines. Anim. Biotechnol. 2018;29(1):34-40. DOI 10.1080/10495398.2017.1294597.Sivakumar A., Kumar S., Yathish H.M., Mishra C., Modi R.P., Chaudhary R., Khan S., Sivamani B., Ghosh S.K., Sarkar M. Expression profling and identifcation of novel SNPs in CatSper2 gene and their influence on sperm motility parameters in bovines. Anim. Biotechnol. 2018;29(1):34-40. DOI 10.1080/10495398.2017.1294597.Thundathil J., Meyer R., Palasz A.T., Barth A.D., Mapletoft R.J. Effect of the knobbed acrosome defect in bovine sperm on IVF and embryo production. Theriogenology. 2000;54(6)Thundathil J., Meyer R., Palasz A.T., Barth A.D., Mapletoft R.J. Effect of the knobbed acrosome defect in bovine sperm on IVF and embryo production. Theriogenology. 2000;54(6)

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