Selección del sexo en el ganado porcino : análisis de factores limitantes y desarrollo de estrategias eficientes

Abstract

La preselección del sexo de la descendencia mediante el uso espermatozoides portadores del cromosoma X o del Y separados por citometría de flujo es hoy en día una realidad. Sin embargo, mientras el semen separado está disponible comercialmente en bovino, en otras especies domesticas, incluyendo la especie porcina, la técnica está todavía a nivel experimental. La finalidad principal de esta tesis fue desarrollar un protocolo para la aplicación eficiente de los espermatozoides de verraco separados mediante citometría de flujo. Para ello, se han desarrollado los siguientes estudios. En el primer estudio, se evaluó la capacidad de los espermatozoides procedentes de eyaculados de diferentes verracos para resistir el procedimiento de separación espermática. Para ello, eyaculados de verraco fueron fueron sometidos a diferentes tratamientos: conservación en estado líquido, congelación estándar, separación espermática mediante citometría de flujo y separación y congelación. Los parámetros evaludados fueron: motilidad, viabilidad, oxidación lipídica de la membrana plasmática y fragmentación del ADN. El segundo estudio tuvo como objetivo la optimización los protocolos para la criopreservación de los espermatozoides separados de verraco. Para ello fueron evaluados los efectos de la congelación estándar (3% glicerol) sobre las características in vitro de los espermatozoides separados y congelados a una baja concentración espermática. Así como los efectos de diferentes concentraciones de glicerol sobre la calidad espermática de los espermatozoides separados y congelados a bajas concentraciones. El objetivo del tercer estudio fue diseñar un protocolo adecuado para la manipulación de los espermatozoides de verraco durante y después del proceso de separación con el fin de obtener espermatozoides separados con una óptima capacidad fecundante. Para este proposito, diferentes aspectos de la separación espermática fueron evaluados. Se evaluó el efecto de la alta dilución, el medio de recolección usado y la composición del fluido recirculante sobre la calidad (motilidad y viabilidad) y la funcionalidad (capacidad fecundante in vitro) de espermatozoides separados. El objetivo del cuarto estudio fue desarrollar un procedimiento útil de inseminación laparoscópica utilizando un número muy bajo de espermatozoides separados por citomería de flujo que permita obtener óptimos resultados de fertilidad a nivel de granja. Se evaluó el efecto de una inseminación laparoscópica simple (oviductos) y doble (oviductos y cuernos uterinos) con espermatozoides separados, sobre los parámetros reproductivos de las cerdas inseminadas. Tras los resultados de estos estudios, podemos concluir que: Existe una variabilidad individual entre verracos respecto a su capacidad para resistir el proceso de separación espermática por citometría de flujo. Además la respuesta de los espermatozoides de un verraco a una determinada biotecnología espermática no predice la respuesta de los mismos a otros procedimientos. La congelación de espermatozoides a bajas concentraciones en combinación con el uso de concentraciones finales de glicerol de 0.5–1% podría ser un método apropiado para la criopreservación de espermatozoides de verraco separados por citometría de flujo. La adición de EDTA en el fluido envolvente y de yema de huevo en el medio de recogida mejora la capacidad fecundante in vitro de los espermatozoides de verraco separados y ambos agentes deberían ser incluidos como componentes esenciales en los medios utilizados en los procedimientos de separación espermática por citometría de flujo en porcino. El procedimiento de inseminación laparoscópica descrito en el presente estudio es un método efectivo y aplicable en condiciones de granja para la obtención de descendencia de sexo deseado en ganado porcino. El protocolo de doble inseminación laparoscópica, usando entre 3 y 6 millones de espermatozoides separados por cerda permite obtener unos adecuados parámetros reproductivos a nivel de granja, haciendo que la tecnología de separación espermática por citometría de flujo sea potencialmente aplicable en núcleos de selección genética en ganado porcino.

Sex pre-selection of the offspring by using X or Y chromosome bearing spermatozoa sorted by flow cytometry is nowadays a reality. However, while sexed spermatozoa are commercially available for bovine, in other domestic species including the pig the technique is still at experimental level. The main objective of this thesis was to develop a protocol to efficiently apply flow cytometric sex-sorting procedure on boar spermatozoa. To achieve this objective, the following studies were developed. In the first study, the ability of ejaculated spermatozoa from individual boars to withstand flow cytometric sex-sorting procedure was evaluated. Sperm-rich ejaculate samples were split into three aliquots. The aliquots were (1) diluted and stored, (2) frozen-thawed using standard protocols, or (3) sex-sorted with subsequent liquid storage or frozen-thawed. The sperm quality was evaluated based on total sperm motility, viability, lipid peroxidation and DNA fragmentation. The objective of the second study was to optimize protocols for cryopreservation of sex-sorted boar spermatozoa. We evaluated the effects of a standard boar sperm cryopreservation procedure on the in vitro characteristics of sex-sorted sperm frozen at low sperm concentrations and the effects of different final glycerol concentrations on post-thaw quality. The objective of the third experimental study was to design and adequate protocol for boar sperm handling during and after sperm sex sorting for obtaining sex sorted boar sperm with an optimal in vitro fertilizing ability. For this purpose, different aspects of the sorting procedure were examined. The effects of the high dilution rates, type of collection medium used, and sheath fluid composition on sorted boar sperm quality and function were evaluated. Sperm quality was assessed by motility and viability tests, whereas sperm function was evaluated by an in vitro fertilization assay which determined the penetration and polyspermy rates as well as the mean number of sperm penetrating each oocyte. The objective of the fourth study was to develop a useful procedure for laparoscopic inseminations with sex-sorted spermatozoa that allows obtaining optimal fertility results at a farm level. We evaluated the effects of single (oviducts) and double (oviducts and tips of the uterine horns) laparoscopic insemination with sex-sorted sperm on the reproductive performance of sows. The results achieved in these four studies have generated the following conclusions: There is an individual variability among boars to withstand the sorting procedure by flow cytometry. The response of spermatozoa to a specific semen-processing technique does not predict the response of spermatozoa from the same boar to other semen-processing techniques. Freezing at low sperm concentration in combination with the use of a final glycerol concentrations of 0.5–1% could be a suitable method for the cryopreservation of sex-sorted boar sperm. The addition of EDTA to sheath fluid and EY to collection medium improved the in vitro fertilizing ability of sex-sorted sperm, and both agents should be included as essential media components for flow cytometric sperm sex sorting in swine. The laparoscopic insemination procedure described in the present study is an effective method for obtaining offspring of the desired sex in swine at a farm level. The double laparoscopic insemination procedure, using between 3 and 6 millions of sex-sorted sperm per sow produces adequate results for reproductive parameters, making sperm-sexing technology potentially applicable in elite breeding units.