Efecto del estrés por calor sobre la calidad espermática de toros de la raza Holstein. Respuesta fenotípica y desviación individual

Abstract

[ES] La gestión y manejo reproductivo de las granjas lecheras suele centrarse en optimizar la capacidad reproductiva de las vacas, lo que limita las posibilidades de aumentar el rendimiento reproductivo y productivo. La fertilidad del toro tiene dos componentes, por un lado, la capacidad fecundante del semen, y por otro, la libido y aptitud reproductiva del macho. El uso de semen de toros subfértiles o infértiles, es decir de machos con una capacidad fecundante reducida o nula, ocasiona perjuicios para las empresas de inseminación artificial (IA) que lo comercializan, y para los ganaderos que lo utilizan. El estrés por calor (EC), originado a partir de la incapacidad del animal para disipar la temperatura corporal, se ha establecido como una de las principales causas de subfertilidad en el ganado. Gran parte de los estudios que profundizan en los efectos negativos del EC en la fertilidad y reproducción, se enfocan en las consecuencias sobre la hembra, que van desde la reducción de en la detección de celo y la alteración de la función folicular, hasta la muerte embrionaria temprana. No obstante, un gran porcentaje del fracaso reproductivo es atribuible a la subfertilidad del toro debido a la baja cantidad y pobre calidad del semen. Los parámetros seminales se ven resentidos incluso ante ligeros y breves episodios de EC, lo que refleja que ciertos procesos complejos como la espermatogénesis, son muy sensibles a las condiciones ambientales. Se ha demostrado que en condiciones experimentales y a campo, el EC provoca cambios en la morfología, aumento de anormalidades espermáticas, reducciones en la motilidad, y alteraciones de la expresión génica, así como también cambios composicionales de los ácidos grasos y lípidos celulares. Los factores ambientales que deben tenerse en cuenta al estudiar los efectos del EC en los parámetros seminales son numerosos, pero la temperatura (T°C) y la humedad relativa (H%) son los factores climáticos que inician las respuestas fisiológicas de la termorregulación animal, pudiendo combinarse en el índice de temperatura y humedad (ITH). Es posible cuantificar, en términos de calidad y producción seminal, la reacción de los animales al EC relacionando el ITH del día o los días anteriores a la extracción de semen. Actualmente la industria lechera intenta mitigar los efectos del EC, a partir de la modificación del pienso y/o la adaptación de las instalaciones de manejo. Sin embargo, es factible pensar en la selección genética como una estrategia complementaria, dado que tiene un efecto acumulativo en el tiempo y puede ayudar a conformar la adaptabilidad de los animales en condiciones ambientales adversas o de EC. En este estudio específicamente, implicaría identificar herramientas que permitan seleccionar toros cuya capacidad fecundante no se vea afectada por el EC. Se propone estudiar la respuesta individual al EC y su variabilidad en toros en condiciones comerciales usando un gran volumen de datos de producción y calidad de semen, ya que habitualmente la mayoría de los estudios sobre termotolerancia han utilizado un pequeño número de registros fenotípicos y muchos de ellos bajo condiciones experimentales. El objetivo del presente trabajo es estimar la respuesta fenotípica de caracteres de cantidad y calidad seminal a incrementos en la carga térmica, y el componente genético individual de la tolerancia al EC en toros de la raza Holstein. Se empleará la metodología de regresión aleatoria para inferir el efecto del ITH en los rasgos de producción y calidad seminal en un contexto multicarácter, y así evaluar la forma en la que afecta dicho factor a las covarianzas entre los caracteres. Se dispone de tres fuentes de información: una base de datos fenotípicos, constituida por 98,912 registros de volumen seminal (VOL), motilidad masal (MM), motilidad individual (MI), y motilidad post-congelación (MPC) de 962 toros de la raza Holstein, perteneciente a la e

[EN] The aim of this study was to determine the impact of heat stress (HS) on seminal traits, and to quantify the genetic variability in the individual phenotypic response to HS in a search for evidence that could suggest that HS may affect the fertilizing capacity of semen and therefore affect male fertility. Three sources of information to carry out this work have been used: a historical database of seminal quality provided by the artificial seminal centre (CIA) ABEREKIN SA, constituted by 98,981 seminal records of 962 bulls of the Holstein breed, collected between the years 1980 and 2019; and a meteorological database with 14. 376 daily records of temperature (T) and relative humidity (RH), belonging to Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) closest to the AI center (6.5 km), from the meteorological variables the index of temperature and humidity THI has been calculated); and a pedigree database with 3583 individuals built from the information of the AI center and the Confederación Nacional de Frisona Española (CONAFE). The seminal characteristics studied were the volume of each ejaculate (VOL), sperm concentration (CONC), mass motility (MM, scale from 0 to 5), individual motility (MI%) , and post-freezing motility (MPC%). In a first step, analyses were carried out to estimate environmental and genetic effects on these characteristics, without taking into account the thermal load, using a multitrait animal model (MAMC) in order to establish a base model that would allow us to evaluate the effect of the inclusion of the thermal load on the estimation model and on the estimated genetic parameters. The environmental effects studied were date of semen collection (DC), age at semen collection (AG), collection number (NC), and seminal evaluation system (SV). All characters have shown some sensitivity to AG and NC, with VOL being the parameter that has shown the least variation with AG, and MI the least affected by NC. The estimation of the genetic parameters of the semen production and quality traits has been carried out using REML methodology. In general, the heritability estimates have been moderate, except for the MI (0.07). For the rest of the characters have been: VOL (0.17), CONC (0.16), MM (0.18), and MPC (0.24). The estimated genetic correlations between the three motilities have been high (0.81-0.91), and between the CONC and moieties (0.45-0.67). On the contrary, the estimated value for the correlation between VOL and CONC has been negative (-0.10). In the step, THI have been defined combining maximum, minimum and average T and RH, respectively, besides defining the three moments in which it has been considered that the effect of thermal load could be higher: the collect day (CD), the epididymal maturation (EM=10-15 before CD) and the spermatogenesis period (S =60-70 days before CD). Finally, a model has been defined to determine the average effects of thermal loads on seminal characteristics using climatic covariates, and from this model a random regression model (RRM) has been used. The mean population responses for each of the production and seminal quality characteristics to the RH and THI gradients in each of the periods studied do not seem to be very marked, being the period of SG the most sensitive to the HR and THI gradients. This is not the case when we study the individual responses whose variability is evident at both low and high values of THI and RH as in each of the periods studied. The estimates of genetic variance and heritabilities for the SG and EM periods showed relevant changes for all characters along the RH and THI gradients. The genotype–environment interaction (G*E) has been detected in the motility characteristics whether the environment is represented by RH or THI and particularly in the SG and EM periods.

[CA] El objetivo de este estudio ha sido determinar el impacto del estrés por calor (EC) sobre los caracteres seminales, y cuantificar la variabilidad genética en la respuesta fenotípica individual al EC en una búsqueda de evidencias que pudieran sugerir que el estrés térmico puede afectar la capacidad fecundante del semen y por lo tanto afectar la fertilidad de los machos. Para la realización del trabajo se ha dispuesto de tres fuentes de información: una base de datos histórica de calidad seminal cedida por el centro de IA ABEREKIN SA, constituida por 98.981 registros seminales de 962 toros de la raza Holstein, recogidos entre los años 1980 y 2019; y una base de datos meteorológicos con 14.376 registros diarios de temperatura (T) y humedad relativa (HR, perteneciente a la estación meteorológica de la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) más cercana al centro de IA (6,5 km), a partir de las variables meteorológicas se ha calculado el índice de temperatura y humedad THI); y base de datos de pedigrí con 3583 individuos construida a partir de la información del centro de IA y de la Confederación Nacional de Frisona Española (CONAFE). Los caracteres seminales estudiados han sido el volumen de cada eyaculado (VOL), la concentración espermática (CONC), la motilidad masal (MM, escala de 0 a 5), la motilidad individual (MI%) , y la motilidad post-congelación (MPC%). En un primer paso se llevaron a cabo análisis de estimación de efectos ambientales y genéticos sobre estos caracteres, sin tener en cuenta la carga térmica usando un modelo animal multicarácter (MAMC) con el objeto de establecer un modelo base que nos permitiera evaluar el efecto de la inclusión de las carga térmica sobre el modelo de estimación y sobre los parámetros genéticos estmados. Los efectos ambientales estudiados han sido la fecha de colecta de semen (FC), edad a la colecta de semen (EC), número de colecta (NC), y sistema de evaluación seminal (SV). Todos los caracteres han mostrado cierta sensibilidad ante la EC y NC, siendo el VOL el parámetro que ha mostrado menor variación con la EC, y la MI el menos afectado por el NC. La estima de los parámetros genéticos de los caracteres de producción y calidad de semen se ha llevado a cabo utilizando la metodología REML. En general las heredabilidades estimadas han sido moderadas, con excepción la de la MI (0,07). Para el resto de los caracteres han sido: VOL (0,17), CONC (0,16), MM (0,18), y MPC (0,24). Las correlaciones genéticas estimadas entre las tres motilidades han sido altas (0,81-0,91), y entre la CONC y las motilidades (0,45-0,67). Por el contrario el valor estimado para la correlación entre el VOL y la CONC ha sido negativa (-0,10). En la siguiente etapa se han definido los índices de THI combinando T y HR máximos, mínimos y medios, respectivamente además de definir los tres momentos en los que se ha considerado que el efecto de la carga térmica podría ser mayor: el día de control (DC), el periodo de maduración espermática ME (10- 15 antes del DC) el periodo de espermatogénesis SG (60-70 días antes del DC). Por último se ha definido un modelo para determinar los efectos medios de las cargas térmicas sobre las características seminales utilizando las covariables climáticas, y a partir de este modelo se ha extendido a un modelo de regresión aleatoria (MRA) para estimar los parámetros genéticos asociados a la respuesta al EC, determinar la existencia de GXA y evaluar la variabilidad en las respuestas individuales .Las respuestas medias poblacionales para cada una de las características de producción y calidad seminal a los gradientes de HR y THI en cada uno de los periodos estudiados no parecen ser muy marcadas, siendo el periodo de SG el más sensible a los gradientes de HR y THI. No ocurre así cuando estudiamos las respuestas individuales cuya variabilidad es manifiesta tanto a valores bajos como altos de THI y HR como en cada uno de los periodos. Las estimas de varianza genética y heredabilidades para los periodos de SP y ME mostraron cambios relevantes para todos los caracteres a lo largo de los gradientes de HR y THI. Se han detectado interacción G*A en las características de motilidad tanto si el ambiente viene representado por la HR como por el THI y particularmente en los periodos de SG y ME