Morphometry and subpopulation structure of Holstein bull spermatozoa: variations in ejaculates and cryopreservation straws

Abstract

Sperm quality is evaluated for the calculation of sperm dosage in artificial reproductive programs. The most common parameter used is motility, but morphology has a higher potential as a predictor of genetic quality. Morphometry calculations from CASA-Morph technology improve morphological evaluation and allow mathematical approaches to the problem. Semen from 28 Holstein bulls was collected by artificial vagina, and several ejaculates were studied. After general evaluation, samples were diluted, packaged in 0.25 ml straws, and stored in liquid nitrogen. Two straws per sample were thawed, and slides were processed and stained with Diff-Quik. Samples were analyzed by a CASA-Morph system for eight morphometric parameters. In addition to the “classical” statistical approach, based on variance analysis (revealing differences between animals, ejaculates, and straws), principal component (PC) analysis showed that the variables were grouped into PC1, related to size, and PC2 to shape. Subpopulation structure analysis showed four groups, namely, big, small, short, and narrow from their dominant characteristics, representing 31.0%, 27.3%, 24.1%, and 17.7% of the total population, respectively. The distributions varied between animals and ejaculates, but between straws, there were no differences in only four animals. This modern approach of considering an ejaculate sperm population as divided into subpopulations reflecting quantifiable parameters generated by CASA-Morph systems technology opens a new view on sperm function. This is the first study applying this approach to evaluate different ejaculates and straws from the same individual. More work must be done to improve seminal dose calculations in assisted reproductive programs.

<b>Impacto da qualidade espermática sobre a fertilidade <i>in vivo</i> em bovinos:</b> contribuição de marcadores mitocondriais e subpopulações espermáticas

“…Na análise morfométrica, a área do espermatozoide é a caracteristica mais informativo (VALVERDE et al, 2016). Também foi relatado que a criopreservação leva a mudanças da morfometria da cabeça do espermatozoide, sendo a cabeça de menor tamanho após a criopreservação em comparação ao sêmen fresco (GRAVANCE et al, 1998;RUBIO-GUILLÉN et al, 2007 (YÁNIZ et al, 2015).…”

“…Assim, a identificação de subpopulações conduzida pela associação entre as análises computadorizadas e métodos estatísticos por cluster e análises discriminatórias para agrupar os espermatozoides pela similaridade morfométrica podem trazer mais informações da relação entre fertilidade e qualidade espermática . Touros com alta fertilidade produzem mais espermatozoides alongados e cônicos, no entanto, estas variações não são fáceis de ser identificadas pelo olho humano (VALVERDE et al, 2016). A relação entre morfometria da cabeça e fertilidade tem sido relatada em bovino (BELETTI; COSTA; GUARDIEIRO, 2005;SANTOS, 2016b;VALVERDE et al, 2016).…”

“…Touros com alta fertilidade produzem mais espermatozoides alongados e cônicos, no entanto, estas variações não são fáceis de ser identificadas pelo olho humano (VALVERDE et al, 2016). A relação entre morfometria da cabeça e fertilidade tem sido relatada em bovino (BELETTI; COSTA; GUARDIEIRO, 2005;SANTOS, 2016b;VALVERDE et al, 2016).…”

“…Existem subpopulações espermáticas agrupadas pela integridade de membranas e potencial mitocondrial determinadas pelo uso de sondas fluorescentes . Igualmente, tem-se evidenciado na análise morfométrica a presença de subpopulações espermáticas distribuídas de acordo com a dimensão e formato da cabeça (RUBIO-GUILLÉN et al, 2007;SANTOS, 2016b;VALVERDE et al, 2016).…”

“…Na análise morfométrica, a área do espermatozoide é a característica mais informativa (VALVERDE et al, 2016). Também foi relatado que a criopreservação leva a mudanças da morfometria (ARRUDA, 2000;GRAVANCE et al, 1998;RUBIO-GUILLÉN et al, 2007) Quando o estudo da fertilidade em relação às características espermáticas tem como base a média dos valores e considera o ejaculado como uma amostra homogênea perde-se a capacidade de predição (YÁNIZ et al, 2015).…”