Combination of sugars, lipoproteins and centrifugation improve dairy goat sperm viability submitted to cryopreservation

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i13.21559

Keywords:

Freezing; freezing; Mitochondria; phospholipase A; Phospholipase A; mitochondria; Seminal plasma.; seminal plasma

Abstract

Abstract

The aim of the present study was to evaluate the effects of different cryoprotectants and semen centrifugation on the kinetic parameters and membrane integrity of cryopreserved goat semen. Four buck goats were used, and their semen was collected using an artificial vagina. After semen collection and approval, six pools were formed, and each pool was divided into eight aliquots. The plasma was removed from four aliquots by centrifugation (1200 g/10 min) and subsequently diluted; the remaining four aliquots were diluted in standard Tris-egg yolk (SYE), standard milk (SME), test Tris-egg yolk (TYE) and test milk (TME) extenders without removing the seminal plasma. After dilution, samples were loaded into straws (0.25 mL), frozen and stored at -196 °C. The samples were thawed (37 °C/30 s) and evaluated immediately and two hours after thawing to determine the kinetics and integrity of plasma and mitochondrial membranes. A difference (p< 0.05) in the maintenance of sperm kinetics, plasma membrane integrity and mitochondrial potential was observed between the centrifuged and non-centrifuged groups and between the extenders at different time points. We concluded that the use of centrifugation to remove seminal plasma positively affects the semen evaluation parameters and that the yolk extender is more efficient when applied with different cryopreservation techniques, preserving the desirable traits after the cryopreservation of goat semen.

Author Biographies

Aline Francelina de Queiros, Faculdade de Irecê

Médica Veterinária graduada pelo IFPB - Campus Sousa. Mestre em Ciência Animal pela UFPB, Linha de pesquisa em Reprodução Animal. Foi bolsista de Iniciação científica do IFPB (PIBICT) e monitora da disciplina de Fisiopatologia da Reprodução. Tem experiência na área de Reprodução Animal, com ênfase em Transferência de embrião, Inseminação artificial e Utrassonografia aplicada à reprodução de ruminantes e equinos. Atualmente é professora do curso de Medicina Veterinária da Faculdade Irecê - FAI, e atua em Biotécnicas aplicadas à andrologia animal nos seguintes temas: sêmen, espermatozoides, crioprotetores e criopreservação em pequenos ruminantes.

Camilla Flávia Avelino de Farias, Universidade Federal da Paraíba

Doutoranda no Programa de Doutorado em Biotecnologia ? Rede Nordeste de Biotecnologia (RENORBIO). Possui graduação em Biotecnologia pela Universidade Federal da Paraíba (2017) e mestrado em Ciência Animal pela Universidade Federal da Paraíba (2020). Tem experiência na área de Biotecnologia aplicada a agropecuária, atuando no Laboratório de Biotecnologia em Reprodução Animal (2014-2020), principalmente com criopreservação de células espermáticas, utilização de antioxidante e produção de diluidores de origem vegetal.

Alex Souza Rique, Universidade Federal da Paraíba

Bacharel em Biotecnologia pela Universidade Federal da Paraíba, atua na elaboração de diluidores de origem vegetal no Laboratório de Biotecnologia em Reprodução Animal da Universidade Federal da Paraíba.

André Luiz Pereira Tork, Universidade Federal da Paraíba

Bacharel em Biotecnologia pela Universidade Federal da Paraíba. Desenvolve estudos na elaboração de diluidores quimicamente definidos para a criopreservação de espermatozoides animais.

Carlos Augusto Alanis Clemente, Universidade Federal da Paraíba

Possui graduação em Medicina Veterinária pela Universidade Federal do Piauí (2005), Aperfeiçoamento Técnico em Reprodução Animal (2007), Mestrado em Zootecnia (2009) e Doutorado em Ciência Animal com concentração em Reprodução Animal pela Escola de Veterinária da UFMG (2013). Tem experiência na área de reprodução de ruminantes, com ênfase em ambiência e reprodução animal, atuando principalmente nos seguintes temas: Diagnóstico de gestação, avaliação espermática e congelamento de sêmen, coleta e transferência de embriões e efeito dos fatores ambientais sobre os parâmetros reprodutivos de ruminantes.

Maria Madalena Pessoa Guerra, Universidade Federal Rural de Pernambuco

Possui graduação em Medicina Veterinária pela Universidade Federal Rural de Pernambuco (1982), mestrado em Medicina Veterinária pela Universidade Federal Rural de Pernambuco (1992), doutorado em Ciência Animal pela Escola de Veterinária-UFMG (1998), especialização em Reprodução Animal pelo INIA-Madri (1999) e pós-doutorado na Universidade de Sidney-Austrália (2004). Professora Titular da Universidade Federal Rural de Pernambuco, ministrando a disciplina Andrologia e Biotecnologia da Reprodução no curso de Medicina Veterinária. Professora e orientadora nos Programas de Pós-graduação "Ciência Animal Tropical" e "Sanidade e Reprodução de Animais de Produção" da UFRPE. Representante do curso de doutorado em Biotecnologia da RENORBIO no Estado de Pernambuco (2006-2012). Professora e orientadora no curso de doutorado em Biotecnologia da RENORBIO. Consultora Ad Hoc das revistas Arquivo Brasileiro de Medicina Veterinária e Zootecnia, Small Ruminant Research, Reproductive Biology, African Journal of Biotechnology, Livestock Science, Ciência Animal Brasileira, Ciência Animal, Ciência Rural, Human and Experimental Toxicology, Journal of Equine Veterinary Science, Reproduction in Domestic Animals, Revista Brasileira de Reprodução Animal, Ciência Veterinária nos Trópicos. Consultora Ad Hoc da FACEPE, FAPEAM, FAPEMA, FAPEAL, FAP-ES, FAP-DF, FAPEMIG, FUNCAP, FAPESB, CAPES e CNPq.Foi Membro do Conselho Fiscal e Representante Estadual do Colégio Brasileiro de Reprodução Animal no período de 2005-2007. Coordenadora da área de Medicina Veterinária na CAPES no triênio 2011-2013. Pró-Reitora de Pesquisa e Pós-graduação da UFRPE desde julho de 2013. Presidente da Câmara de Pesquisa e Pós-Graduação da UFRPE (2013-atual). Membro da Câmara de Política e Legislação da UFRPE (2013-atual). Tem experiência na área de Medicina Veterinária, com ênfase em Andrologia e Biotecnologia da Reprodução Animal, atuando principalmente nos seguintes temas: sêmen, avaliação, sexagem e criopreservação.

References

Aboagla, E. M., & Terada, T. (2004). Effects of egg yolk during the freezing step of cryopreservation on the viability of goat spermatozoa. Theriogenology, 62(6), 1160–1172. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2004.01.013

Barbas, J. P., Leahy, T., Horta, A. E., & García-Herreros, M. (2018). Sperm kinematics and subpopulational responses during the cryopreservation process in caprine ejaculates. Cryobiology, 82, 137–147. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2018.03.005

Bergeron, A., & Manjunath, P. (2006). New insights towards understanding the mechanisms of sperm protection by egg yolk and milk. Molecular Reproduction and Development, 73(10), 1338–1344. https://doi.org/10.1002/mrd.20565

Bergeron, A., Brindle, Y., Blondin, P., & Manjunath, P. (2007). Milk caseins decrease the binding of the major bovine seminal plasma proteins to sperm and prevent lipid loss from the sperm membrane during sperm storage. Biology of Reproduction, 77(1), 120–126. https://doi.org/10.1095/biolreprod.106.058248

Bispo, C. A. S., Pugliesi, G., Palhão, M. P., Coelho, P. G. B., Ker, P. G., Rodrigues, M. T., & Carvalho, G. R. (2011). Características in vitro e fertilidade do sêmen caprino armazenado a 5 °C por 24 horas utilizando duas concentrações de gema de ovo no diluente. Ciência Animal Brasileira, 12(4), 653–660. Recuperado de https://www.revistas.ufg.br/vet/article/view/13115

CBRA – Colégio Brasileiro de Reprodução Animal (2013). Manual para exame Andrológico e Avaliação de Sêmen Animal. Third ed. CBRA, Belo Horizonte. 46p.

Celeghini, E. C., de Arruda, R. P., de Andrade, A. F., Nascimento, J., Raphael, C. F., & Rodrigues, P. H. (2008). Effects that bovine sperm cryopreservation using two different extenders has on sperm membranes and chromatin. Animal Reproduction Science, 104(2-4), 119–131. https://doi.org/10.1016/j.anireprosci.2007.02.001

Cunha, A. T. M., Carvalho, J. O., & Dode, M. A. N. (2015) Techniques for sperm evaluation using fluorescent probes. Semina: Ciências Agrárias, 36, 4365-4376. http://dx.doi.org/10.5433/1679-0359.2015v36n6Supl2p4365.

Farias, C. F. A.; Tork, A. L. P.; Rique, A. S.; Queiróz, A. F.; & Silva. S. V. (2019) Estudo da eficácia da Aloe vera como crioprotetor vegetal na refrigeração de espermatozoides epididimários de bovinos. Revista Brasileira de Reprodução Animal, 43(3), 787-794. http://cbra.org.br/portal/downloads/publicacoes/rbra/v43/n3/p787-794%20(RB%20826).pdf

Graham, J. K., & Mocé, E. (2005). Fertility evaluation of frozen/thawed semen. Theriogenology, 64(3), 492–504. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2005.05.006

Hafez, E. S. E., Hafez, B. (2004) Reprodução Animal. Seventh ed. Manole, São Paulo.

Jiménez-Rabadán, P., Ramón, M., García-Álvarez, O., Maroto-Morales, A., Alvaro-García, P. J., Del Olmo, E., Pérez-Guzmán, M. D., Fernández-Santos, M. R., Julián Garde, J., & Soler, A. J. (2013). Improved cryopreservation protocol for Blanca-Celtibérica buck semen collected by electroejaculation. Cryobiology, 67(3), 251–257. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2013.08.002

Luconi, M., Porazzi, I., Ferruzzi, P., Marchiani, S., Forti, G., & Baldi, E. (2005). Tyrosine phosphorylation of the a kinase anchoring protein 3 (AKAP3) and soluble adenylate cyclase are involved in the increase of human sperm motility by bicarbonate. Biology of Reproduction, 72(1), 22–32. https://doi.org/10.1095/biolreprod.104.032490

Manjunath, P., & Thérien, I. (2002). Role of seminal plasma phospholipid-binding proteins in sperm membrane lipid modification that occurs during capacitation. Journal of Reproductive Immunology, 53(1-2), 109–119. https://doi.org/10.1016/s0165-0378(01)00098-5

Martins, L. F., Pereira, M. C. B., Guimarães, J. D., Costa, E. P., Silveira, T. S., Torres, C. A. A., Rodrigues, M. T., & Braz, V. B. (2006) Avaliação espermática e da concentração de proteínas solúveis no plasma seminal de bodes da raça Alpina em regime de monta controlada. Revista Brasileira de Zootecnia, 35, 1653-1659. https://dx.doi.org/10.1590/S1516-35982006000600011

de Menezes, E. B., van Tilburg, M., Plante, G., de Oliveira, R. V., Moura, A. A., & Manjunath, P. (2016). Milk proteins interact with goat Binder of SPerm (BSP) proteins and decrease their binding to sperm. Cell and Tissue Research, 366(2), 427–442. https://doi.org/10.1007/s00441-016-2438-2

Mocé, E., Lozano-Palazón, S. A., Del Mar Martínez-Granell, M., Mocé, M. L., & Gómez, E. A. (2020). Effect of the Refrigeration System on In Vitro Quality and In Vivo Fertility of Goat Buck Sperm. Animals: an open access journal from MDPI, 10(12), 2399. https://doi.org/10.3390/ani10122399

Mortimer, S. T., Swan, M. A., & Mortimer, D. (1998). Effect of seminal plasma on capacitation and hyperactivation in human spermatozoa. Human Reproduction (Oxford, England), 13(8), 2139–2146. https://doi.org/10.1093/humrep/13.8.2139

Naing, S. W., Wahid, H., Mohd Azam, K., Rosnina, Y., Zuki, A. B., Kazhal, S., Bukar, M. M., Thein, M., Kyaw, T., & San, M. M. (2010). Effect of sugars on characteristics of Boer goat semen after cryopreservation. Animal Reproduction Science, 122(1-2), 23–28. https://doi.org/10.1016/j.anireprosci.2010.06.006

Pellicer-Rubio, M. T., Magallon, T., & Combarnous, Y. (1997). Deterioration of goat sperm viability in milk extenders is due to a bulbourethral 60-kilodalton glycoprotein with triglyceride lipase activity. Biology of Reproduction, 57(5), 1023–1031. https://doi.org/10.1095/biolreprod57.5.1023

Pellicer-Rubio, M. T., & Combarnous, Y. (1998). Deterioration of goat spermatozoa in skimmed milk-based extenders as a result of oleic acid released by the bulbourethral lipase BUSgp60. Journal of Reproduction and Fertility, 112(1), 95–105. https://doi.org/10.1530/jrf.0.1120095

Purdy, P. H. (2006) A review on goat sperm cryopreservation. Small Ruminant Research, 63, 215-225. https://doi.org/10.1016/j.smallrumres.2005.02.015.

Robertson, L., Wolf, D. P., & Tash, J. S. (1988). Temporal changes in motility parameters related to acrosomal status: identification and characterization of populations of hyperactivated human sperm. Biology of Reproduction, 39(4), 797–805. https://doi.org/10.1095/biolreprod39.4.797

Roof, D. J., Bowley, S., Price, L. L., & Matsas, D. J. (2012). Comparison of two commercial extenders for cryopreservation of goat semen without sperm washing. Theriogenology, 77(2), 412–420. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2011.08.015

Sariözkan, S., Bucak, M. N., Tuncer, P. B., Taşdemir, U., Kinet, H., & Ulutaş, P. A. (2010). Effects of different extenders and centrifugation/washing on postthaw microscopic-oxidative stress parameters and fertilizing ability of Angora buck sperm. Theriogenology, 73(3), 316–323. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2009.09.015

Soares, A. T., Silva, S. V., Batista, A. M., Almeida, F. C., Nunes, J. F., Peixoto, C. A., & Guerra, M. M. P. (2015). Ultrastructure evaluation of goat spermatozoa after freezing in a skim milk-based extender with Trolox supplementation. Andrologia, 47(4), 470–476. https://doi.org/10.1111/and.12279

Suarez, S. S., Varosi, S. M., & Dai, X. (1993). Intracellular calcium increases with hyperactivation in intact, moving hamster sperm and oscillates with the flagellar beat cycle. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 90(10), 4660–4664. https://doi.org/10.1073/pnas.90.10.4660

Suarez, S. S., Katz, D. F., Owen, D. H., Andrew, J. B., & Powell, R. L. (1991). Evidence for the function of hyperactivated motility in sperm. Biology of Reproduction, 44(2), 375–381. https://doi.org/10.1095/biolreprod44.2.375

Vidal, A. H., Batista, A. M., Silva, E. C. B., Gomes, W. A., Pelinca, M. A., Silva, S. V., Guerra, M. M. P. (2013) Soybean lecithin-based extender as an alternative for goat sperm cryopreservation. Small Ruminant Research, 109, 47–51. https://doi.org/10.1016/j.smallrumres.2012.07.022

Villemure, M., Lazure, C., & Manjunath, P. (2003). Isolation and characterization of gelatin-binding proteins from goat seminal plasma. Reproductive Biology and Endocrinology: RB&E, 1, 39. https://doi.org/10.1186/1477-7827-1-39

Verstegen, J., Iguer-Ouada, M., & Onclin, K. (2002). Computer assisted semen analyzers in andrology research and veterinary practice. Theriogenology, 57(1), 149–179. https://doi.org/10.1016/s0093-691x(01)00664-1

Published

16/10/2021

How to Cite

QUEIROS, A. F. de; FARIAS, C. F. A. de .; RIQUE, A. S.; TORK, A. L. P. .; CLEMENTE, C. A. A. .; GUERRA, M. M. P.; SILVA, S. V. Combination of sugars, lipoproteins and centrifugation improve dairy goat sperm viability submitted to cryopreservation. Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 13, p. e358101321559, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i13.21559. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/21559. Acesso em: 2 dec. 2021.

Issue

Section

Agrarian and Biological Sciences