Shearing effects during pregnancy and productive and transcriptomic responses to heat stress according to phenotype (sensitive vs. tolerant) in dairy sheep

Abstract

L’objectiu va ser avaluar l’efecte de les estratègies d’esquilament en ovelles durant l’època de calor, i les respostes fenotípiques i cel·lulars a l’estrès per calor (HS) en animals tolerants i sensibles a la calor. Exp. 1, 73 ovelles gestants (MN, Manxega, n=43; LC, Lacaune, n=30) repartides en 3 grups es van assignar als tractaments experimentals (sense esquilar, CO; esquilat abans de la munta, SBB, i esquilat als 100 d de gestació, S100). El grup S100 va reduir (−37%) la freqüència respiratòria a les dues races. En MN, els grups SBB i S100 van tenir una glucèmia més alta al part (86%) que CO. Tampoc es van detectar efectes sobre els valors d’insulina plasmàtica, BHB i NEFA, el pes al naixement i el creixement dels xais, calostre ni en la producció i composició de la llet. Durant la lactància dels xais, la llet de S100 MN va presentar un major contingut de proteïna (6%) i caseïna (6%) que CO, la llet de S100 LC contenia més sòlids totals (8%) i greix (8%) que SBB. Al final de la gestació, en les dues races les S100 van tenir un major BCS que CO i SBB. En llet de MN, les S100 van tenir un temps de coagulació més llarg (9%) que CO, però en el cas de LC aquest va ser més curt (−8%). Exp. 2.1, 24 ovelles al final de la lactació van ser sotmeses a una prova de tolerància a la calor (90 min a 35,6ºC i 43% d’humitat; THI=85). En base a la ràtio de canvi (CR=després/abans de la prova) de la temperatura rectal (RT) i la freqüència respiratòria (RR), es van seleccionar 10 ovelles que diferien al fenotip CR (sensible; S, n=5, tolerant, T, n=5). La prova va seguir un disseny creuat de 2 períodes (3 setmanes cadascun) i 2 condicions climàtiques: 1) termoneutre (TN; 15 a 20°C, THI=65-63 dia-nit), i 2) HS (dia, 37°C, THI=87; nit, 30°C, THI=79). Les ovelles HS van augmentar la TR (0.54ºC a.m. i p.m.), la RR (126 i 227% a.m. i p.m., respectivament) i el consum d’aigua (35%), i van disminuir el consum d’aliment (−20%). La producció de llet no va variar, però es va reduir el greix (−14%) i la proteïna (−17%) en les HS. Les HS van incrementar NEFA (74%), prolactina (415%) i creatinina (10%) sense canvis en els valors de glucosa i insulina. Comparant els fenotips T i S, no es van detectar canvis en el consum d’aliment i aigua, la producció i composició de la llet o als indicadors sanguinis. Els dos fenotips van tenir diferent magnitud d’increment en resposta a HS a la RT (T, 0.47 vs. S, 0.61ºC a la tarda) amb un menor increment en el consum d’aigua (T, 24 vs. S, 45%). Exp 2.2, al final de cada període (Exp. 2.1) es van biosiar el fetge les ovelles T i S per a l’anàlisi de l’RNA-seq. Les HS vs. TN van regular a la baixa 39 gens associats amb la contracció muscular, la transició entre fibra ràpida i lenta i l’organització del sarcòmer. Sota HS, les T vs. S van regular a la baixa 893 gens relacionats amb l’endocitosi, la biosíntesi de N-glicans i les vies del complement; i a l’alça 425 gens relacionats amb el catabolisme gras i la resistència a la senyalització d’insulina. En conclusió, l’esquilada de les ovelles al final de la gestació és una pràctica recomanada per mitigar l’impacte de l’HS sense efectes negatius en el rendiment de la lactanció. A més, l’HS provoca ajustaments metabòlics en ovelles lleteres acompanyats de diferents respostes cel·lulars entre els fenotips tolerants i sensibles.

Se realizaron dos experimentos para evaluar el efecto de las estrategias de esquileo en ovejas y para evaluar las respuestas fenotípicas y celulares al estrés por calor (HS) en animales tolerantes y sensibles al calor. En Exp. 1, 73 ovejas gestantes (MN, Manchega, n=43; LC, Lacaune, n=30) se dividieron en 3 grupos y se asignaron a los tratamientos (sin esquilar, CO; esquilado antes de la monta, SBB; y esquilado a los 100 d de gestación, S100). El grupo S100 redujo un 37% la frecuencia respiratoria en ambas razas. En ovejas MN, los grupos SBB y S100 tuvieron mayor glucemia al parto (86%) que el grupo CO. No se detectaron efectos en insulina, BHB y NEFA, peso al nacimiento de los corderos, y producción de leche. Durante la lactancia de los corderos, la leche de las ovejas S100 MN tuvo mayor proteína (6%) y caseína (6%) que las CO, la leche de las S100 LC tuvo más sólidos totales (8%) y grasa (8%) que las SBB. Al final de la gestación, las ovejas S100 tuvieron mayor BCS que las CO y SBB en ambas razas. La leche de S100 MN tuvo un tiempo de coagulación más largo (9 %) que el CO, pero en el caso de las LC, éste fue más corto (−8 %). En Exp. 2.1, 24 ovejas al final de la lactación fueron sometidas a una prueba de tolerancia al calor (90 min a 35.6ºC y 43% de humedad; THI=85). En base a la ratio de cambio (CR=después/antes de la prueba) de la temperatura rectal (RT) y la frecuencia respiratoria (RR), un subgrupo de 10 ovejas que diferían en el CR (sensible; S, n=5, tolerante; T, n=5 ) fueron identificados. Las ovejas fueron sometidas a un experimento con diseño cruzado de 2 períodos (3 semanas) y 2 condiciones climáticas: 1) termo-neutro (TN; 15 a 20°C, THI=65-63 día-noche), y 2) estrés por calor (HS; día, 37°C, THI=87; noche, 30°C, THI=79). Las ovejas HS aumentaron la TR (0.54ºC a.m. y p.m.), RR (126 y 227% a.m. y p.m., respectivamente), el consumo de agua (35%) y disminuyeron el consumo de alimento (−20%). La producción de leche no varió, pero la grasa de la leche (−14%) y la proteína (−17%) se redujo en las ovejas HS. Las ovejas en HS incrementaron los NEFA (74%), la prolactina (415%) y la creatinina (10%) sin cambios en glucosa e insulina. Comparando los fenotipos T y S, no se detectaron cambios en el consumo de alimento y agua, la producción y composición de la leche o en los indicadores sanguíneos. Sin embargo, los fenotipos T vs. S tuvieron diferente magnitud de incremento en respuesta a HS en la RT (0.47 vs. 0.61ºC p.m.) y consumo de agua (24 vs. 45%). En Exp 2.2, las ovejas T y S se sometieron a una biopsia de hígado al final de cada período experimental para el RNA-seq. Al comparar HS con TN, las ovejas desactivaron 39 genes asociados con la contracción muscular, la transición entre fibra rápida y lenta. Bajo HS, las ovejas T vs. S desactivaron 893 genes relacionados con la endocitosis, la biosíntesis de N-glicanos y las vías de las cascadas del complemento. También activaron 425 genes relacionados con el catabolismo graso y la resistencia a la señalización de insulina. En conclusión, el esquileo de las ovejas al final de la gestación es una práctica recomendada para mitigar el impacto del HS sin efectos negativos en el rendimiento de la lactación. Además, el HS provoca ajustes metabólicos en ovejas lecheras acompañados de diferentes respuestas celulares entre los fenotipos tolerantes y sensibles.

Two experiments were carried out to assess the effect of shearing strategies in dairy ewes under hot season and to evaluate the phenotypic and cellular responses to heat stress (HS) in tolerant and heat-sensitive dairy ewes. In Exp. 1, 73 pregnant ewes (MN, Manchega, n = 43; LC, Lacaune, n = 30) were divided into 3 balanced groups and randomly assigned to the experimental treatments (unshorn, CO; shorn before breeding, SBB; and shorn at d 100 of pregnancy, S100) in summer season. The S100 reduced the respiratory frequency (−37%) of both breeds on average. Responses to shearing varied according to breed; MN ewes (SBB and S100) had greater glycemia at lambing (86%) than CO, but did not vary in LC ewes, and no effects were detected on plasmatic insulin, BHB, and NEFA values in either breed. No effects were detected on lamb birth weight and growth, colostrum, or milk yield in either breed. During suckling, S100 MN ewes had more milk protein (6%) and casein (6%) compared with CO ewes, whereas S100 LC had more milk solids (8%) and fat (8%) than SBB ewes. During late pregnancy, the S100 ewes had greater BCS than CO and SBB in both breeds. Milk of S100 MN ewes had longer coagulation time (9%) than CO, but it was shorter (−8%) in LC ewes. In Exp. 2.1, 24 ewes in late lactation were submitted to a short heat tolerance test (90 min at 35.6ºC and 43% humidity; THI = 85). According to change ratio (CR = after/before test) of rectal temperature (RT) and respiratory rate (RR), a subset of 10 ewes differing in CR phenotype (sensitive; S, n = 5, tolerant; T, n = 5) were identified. They were enrolled in a crossover design of 2 periods (3 wk each) and 2 climatic conditions: 1) thermo-neutral (TN; 15 to 20°C, THI = 65-63 day-night), and 2) HS (day, 37°C, THI = 87; night, 30°C, THI = 79). The HS ewes increased RT (0.54ºC a.m. and p.m.), RR (126 and 227% at a.m. and p.m., respectively), water intake (35%), and decreased feed intake (−20%) compared to TN ewes. Milk yield did not vary, but milk fat (−14%) and protein (−17%) were reduced in HS ewes. Ewes rose plasma NEFA (74%), prolactin (415%), and creatinine (10%) without changes in glucose and insulin values under HS. Comparing T and S phenotypes, no changes were detected in feed and water intakes, milk yield and composition, or blood indicators. However, T vs. S phenotypes had different magnitude of increase in RT (0.47 vs. 0.61ºC at p.m.) with lower increment in water consumption (24 vs. 45%) in response to HS. In Exp 2.2, the T and S ewes underwent liver biopsy at the end of each experimental period (Exp. 2.1) for RNA-seq analysis. Comparing HS vs. TN, ewes downregulated 39 genes associated with muscle contraction, transition between fast and slow fiber, and sarcomere organization. Under HS, T vs. S ewes downregulated 893 genes (e.g., SPP1, LEPR) related to endocytosis, N-glycan biosynthesis, and complement and coagulation cascades pathways. They also upregulated 425 genes related to fatty catabolism (UCP3) and insulin signaling resistance (IP6K3). In conclusion, shearing ewes at late pregnancy is a recommended practice to alleviate HS impact without negative effects on lactational performances. Additionally, HS causes metabolic adjustments in dairy ewes accompanied by different cellular responses between the tolerant and sensitive phenotypes.