Variasi kesuburan sapi jantan dan strategi untuk meminimalkan

Variasi kesuburan sapi jantan dan strategi untuk meminimalkan konsekuensi dari infertilitas dan / atau
subfertilitas sapi jantan di tingkat kawanan.
Flowers [40] baru-baru ini membandingkan perkiraan fertilitas dari kawanan dan individu sapi jantan
dan menyimpulkan bahwa sapi jantan memiliki efek lebih besar pada kesuburan kawanan daripada sapi
betina, mungkin karena meluasnya penggunaan alami dan kurangnya evaluasi yang tepat dari sapi
jantan sebelum digunakan sebagai indukan kawanan. Kesuburan biasanya meningkat dengan dosis
sperma, sampai ambang batas tercapai [41], berdasarkan konsep dari ciri sperma yang bersifat
kompensantorik dan non-kompensantorik [36,41-45]. Ciri dari fertilitas jantan yang dapat
dikompensasikan adalah dengan meningkatkan dosis inseminasi [36,40], berdasarkan asumsi bahwa
tingkat ambang sperma yang kompeten (dengan tingkat motilitas yang dapat diterima, morfologi
normal, dan kemampuan untuk menjalani kapasitasi dan memulai sebuah akrosom reaksi, misalnya,
70% sperma morfologi normal) adalah diperlukan untuk mencapai pembuahan normal. Oleh karena itu,
bahkan jika inseminasi tersebut mengandung sperma yang rusak dengan kecacatan yang bersifat
kompensatorik, kekurangan tersebut bisa diatasi dengan peningkatan jumlah sperma yang kompeten.
Namun, infertilitas karena sifat non-kompensatorik tidak dapat diatasi dengan peningkatan jumlah
sperma, karena sperma tersebut biasanya tidak dapt menyelesaikan pembuahan dan tidak dapat
mempertahankan embrio [40]. Sebagai contoh, jika inseminasi tersebut mengandung proporsi sperma
dengan DNA yang abnormal yang lebih tinggi dari, sperma mungkin bisa mencapai tempat fertilisasi dan
memulai melakukan blok terhadap polispermia. Menyuntikkan dengan lebih banyak sperma juga tidak
akan bermanfaat, karena proporsi sperma yang abnormal juga meningkat, dan peluang untuk sperma
yang abnormal untuk berinteraksi dengan oosit dan memulai blok polispermia tetap sama. Industri AI
komersial mengerahkan tindakan pengendalian mutu yang ketat dengan mengevaluasi ciri
kompensatorik dan non-kompensatorik tertentu dan membuang sampel suboptimal [36]. Pendekatan
diagnostik yang sudah maju dijelaskan dalam bagian berikut diharapkan dapat meningkatkan
kemampuan kita untuk mengevaluasi sifat kompensatorik dan non-kompensatorik pada semen yang
terlihat normal yang dapat mempengaruhi fertilitas pada berbagai tahap fertilisasi dan perkembangan
embrio awal
8. Teknik yang lebih maju dalam memprediksi fertilitas
8.1. Analisis sperma dibantu komputer
Sistem ini memungkinkan evaluasi obyektif dari berbagai karakteristik kinematic sperma. Sewaktu
sperma bergerak maju di dalam trajektori motlitas, velositas, liniaritas dan penempatan lateral dari
kepala sperma dapat ditentukan. Pentingnya motilitas total dan progresif dan hubungannya dengan
fertilitas di lapangan dapat ditentukan [46,47]. Membandingkan parameter kinematik sperma sapi
jantan dari kelompok dengan fertilitas rendah dan fertilitas tinggi, kami mendalilkan bahwa sperma
beku yang dicairkan dari sap jantan dengan fertilitas tinggi lebih efisien dalam melalui hiperaktivasi
dibandingkan dengan sapi jantan dengan fertilitas rendah dan mampu melintasi hambatan dalam
saluran reproduksi betina dan mencapai tempat fertilisasi [48]. Selain itu, analisis sperma yang dibantu
komputer dapat mengidentifikasi subpopulasi sperma berdasarkan karekteristk dari pergerakan sperma
[49], yang mungkin lebih baik dalam memprediksi fertilitas.
8.2. DNA sperma
Kualitas DNA sperma merupakan penentu utama dalam keberhasilan fertilitasi dan perkembangan yang
kompeten. DNA sperma matang sangat kental (karena protamines). Penyimpangan dalam DNA
(misalnya, single atau double-stranded break atau cacat protein yang menggangu konversi histone atau
protamine atau mengubah pemadatan DNA dan konfigurasikromatin) bisa merusak dikondensasi nuklir
dan mempengaruhi pengembangan [50]. DNA induk yang rusak bisa terinkoporasi ke dalam genom
embrio (efek trans-generasi [51]). DNA sperma dinilai dengan sifat metakromatik akridin oranye. Dalam
beberapa spesies (termasuk sapi), struktur kromatin sperma assay sangat berhubungan dengan fertilitas
[52,53].
8.3. RNA sperma
DNA sperma dianggap tidak aktif, sperma matang melakukan fungsi mereka tanpa sintesis protein
tambahan. Namun, sperma yang diejakulasi telah menyimpan RNA messenger (ditranskrip selama spermatogenesis), dengan peran potensial dalam pembuahan dan awal embriogenesis (Ulasan di Jodar et al.
[54]). Ada berbagai jenis RNA sperma: RNAs ribosom dan RNAs mitokondria RNA chondrial; RNAs coding
dalam fragmentasi atau keadaan atipikal, berbagai kelas RNA kecil tanpa kode (snc RNA), dan lain-lain
(elemen dengan unsur intronik, RNA panjang tanpa kode, daerah pendek, unsur berpindah, dan
RNA beranotasi tanpa kode [54]. RNA heterogen terkandung dalam sperma yang diejakulasi dapat
digunakan sebagai ciri khas analisis genomik untuk menilai kualitas semen (integritas spermatogenesis
dan fertilitas) [55,56]. Oleh karena itu, metode yang dapat diandalkan untuk menilai RNA sperma bisa
menjadi metode noninvasif baru untuk memprediksi kontribusi sperma dalama fertilisasi dan
perkembangan embrio awal.
8.4 Epigenom sperma
Epigenom merupakan modifikasi dalam DNA (tanpa mengubah urutan DNA) dan struktur histon yang
dapat mempengaruhi ekspresi gen [57]. Penyebab lingkungan (misalnya, racun, nutrisi, dan temperatur)
tidak mengubah urutan DNA, tetapi menginduksi modifkasi kimia DNA dan mempengaruhi pemadatan
DNA sehingga mempengaruhi akses mesin transkripsi DNA, dan mengubah ekspresi gen. Modifikasi
kimia ini termasuk modifikasi histon (asetilasi, fosforilasi, dan metilasi) dan metilasi DNA (penambahan
kelompok metil untuk sitosin); yang kemudian dianggap sebagai tanda epigenetik permanen.
Mengevaluasi perubahan tanda epigenetik dan perubahan terkait di fenotip mungkin memiliki implikasi
untuk mengidentifikasi kontribusi epigenetik terhadap regulasi fertlitas. Sebagai contoh, kami
melaporkan bahwa suhu testis yang dinaikkan mengubah ekspresi kohort dari protein di sperma sapi
jantan [58], mungkin karena perubahan dalam ekspresi gen melalui modifikasi epigenetik dari DNA sel
germinal selama spermatogenesis. Kecacatan metilasi gen dapat mempengaruhi fertilitas sapi jantan
[59]. Meningkatnya usia induk berkaitan dengan peningkatan metilisasi secara keseluruhan yang disertai
penurunan metilisasi regional yang signifikan dan mempengaruhi kesehatan anak [57]. Oleh karena itu,
sapi jantan tua yang digunakan untuk produksi semen komersial harus lebih berhati-hati. Sebuah
platform baru untuk studi genom metil pada sapi [60] mungkin sangat berharga untuk menyaring
epigenom sperma sapi jantan ang terkena kontaminasi lingkungan, sebelum produksi semen dalam
skala besar.
8.5 Sperma proteomik
Penelitian sedang berlangsung untuk mengidentifikasi protein sperma yang pentinguntuk meregulasi
fertilitas sapi jantan, yang berpotensi sebagai penanda fertilitas. Dengan berfokus pada analisis ekspresi
profil, proteomik bisa mengidentifikasi penanda alami fertilitas . Oleh karena protein menentukan
fenotip sel, perubahan di tingkat proteome dapat menyebabkan perbedaan fenotipe yang
mempengaruhi sifat yang secara ekonomis penting. Massa spektrometri memiliki diaktifkan identifikasi
global dan kuantifikasi protein;2D-PAGE dan 2D-DIGE ditambah dengan spektrometri massa telah
memfasilitasi identifikasi protein individu dan pasca modifikasi translasi. Meskipun kemajuan dalam
resolusi teknologi proteomic, tidak ada ekstraksi protein atau identifikasi metode tunggal dapat
mengidentifikasi semua protein seluler, karena perbedaan kisaran dinamika dan kelarutan. Menguraikan
sel ke bagian konstituen akan meningkatkan cakupan proteoma dan melokalisasi protein subselular
[61]. Permukaan proteome sperma berubah selama pematangan epididimis, kapasitasi, dan fertilisasi.
Analisis proteomik pada membran menghasilkan protein W190, ditambah protein permukaan sperma
nonraft [62]. Sebuah analisis proteomik komprehensif terhadap membrane yang tahan deterjen
mengidentifikasi protein terlibat dalam zona pelusida mengikat dan / atau fusi olemma[63]. Ekor sperma
proteome telah dipelajari secara ekstensif; sekumpulan data yang besar (1049 protein di ekor sperma
manusia), termasuk beberapa protein peroksimal (organel dianggap sebagian besar absen di sperma
matang [64]), sangat menarik. Lebih lanjut, 403 protein yang diidentifikasi dalam inti sperma, dimana
lebih dari 50% tidak pernah dilaporkan pada sperma manusia [65]. Jumlah yang tidak memadai dan
lokalisasi nuklir protein protamine 1 dikaitkan dengan gangguan struktur kromatin dan tingkat fertilitas
yang berkuran pada sapi jantan perah [66].