Original title:
Zlepšení funkčních vlastností a kvality rybích spermií během krátkodobého uchování
Authors:
ZHANG, Songpei Document type: Doctoral theses
Year:
2025
Language:
eng Abstract:
[eng][cze] Sperm short-term storage is a simple and practical biological tool, which has been widely applied in hatchery management in aquaculture. Inevitably, the sperm phenotypic parameters are declined during sperm short-term storage. Therefore, the major aims of my studies were investigating the effects of sperm handling method, standardizing the sperm short-term storage extenders, prolonging the sperm storage period, exploring the potential regulators of sperm quality enhancements following high-temperature incubation, observing the effects of sperm storage on sperm transcriptome and epigenome (i.e. DNA methylation). Spermatozoa quality is crucial for fish fertility, directly impacting the health and performance of the offspring. Chapter 2 reviewed the methods which can be applied to investigate sperm DNA methylation dynamics and epigenetic inheritance in fish. Meanwhile, the internal and external environmental factors influencing spermatozoa quality are often reflected in the DNA methylation patterns of the spermatozoa epigenome, potentially altering offspring performance. This study offers valuable insights spanning from fundamental to applied sciences, contributing to advancements in breeding selection, fish reproduction, and environmental adaptation. In chapter 3, the effects of hormonal treatment and stripping, sperm storage in vivo and vitro were investigated for common carp. The results showed that following three times hormonal injection and sperm stripping, the first stripping (Fresh sperm) had slightly better quality and quantity than sperm storage in vivo for 3 days (Old sperm) from the second and third stripping. Nevertheless, sperm stored for 6 days in vitro maintained comparable fertilization performance to that of sperm collected 0.5 days post-hormonal treatment. These findings suggest that multiple hormonal treatments of males combined with repeated stripping could be effectively utilized in the artificial reproduction of common carp. Prolonging sperm storage time with promising quality is crucial for sperm management and fertilization. In chapter 4 and 5, common carp diluted with carp a carp artificial seminal plasma for 7-9 days without antibiotics at 0-4 ?. In chapter 5, following > 10 mins high-temperature incubation (20 ?). Then, spermatozoa motility could be enhanced at any time post sperm storage (3, 6 or 9 DPS) after elevating the sperm suspension temperature at 20 ? for 10-20 mins. Incubating large practical volume of sperm stored for 8 days at 20°C for 2 hours significantly enhances spermatozoa motility and fertilization performance. This study introduces a novel approach for managing short-term stored sperm as an efficient and effective technique for carp artificial reproduction in hatchery settings. In chapter 6, the enhancement of spermatozoa motility in response to temperature is not linked to ATP level. However, these temperature-dependent effects were observed in demembranated spermatozoa, indicating that both the plasma membrane and axoneme functions of spermatozoa are influenced by temperature following short-term storage. Additionally, spermatozoa swelling is affected by the temperature of the activation medium. Overall, this study offers new insights into the temperature regulation of motility in both fresh and aged spermatozoa in fish. In chapter 7, the effects of sperm short-term storage on sperm transcriptome and DNA methylation pattern in model organism of zebrafish. The study further verified that incubating sperm at elevated temperatures (28 ?) prior to motility activation, following short-term storage, can markedly improve spermatozoa motility kinetics and enhance fertilization capacity. Transcriptome profiling revealed 2,180 putative differentially expressed genes, though the biological significance of these findings warrants further investigation. Our study showed that short-term sperm storage for 24 hours did not affect the DNA methylation pattern in the sperm genome of zebrafish. Krátkodobé uchování spermií představuje jednoduchý a praktický biologický nástroj, který je široce využíván v managementu akvakulturních líhní. Nicméně během tohoto procesu dochází k nevyhnutelnému zhoršení fenotypových parametrů spermií. Hlavními cíli mého výzkumu proto bylo zkoumat vliv metod manipulace se spermiemi, standardizovat extendory pro krátkodobé uchování spermií, prodloužit jeho dobu uchování, zkoumat možné regulátory zlepšující kvalitu spermií po inkubaci ve vyšších teplotách a sledovat vlivy uchování na transkriptom a epigenom spermií (tj. metylaci DNA). Kvalita spermií je klíčová pro plodnost ryb a má přímý dopad na zdraví a výkonnost potomstva. Kapitola 2 shrnula metody vhodné pro zkoumání dynamiky metylace DNA a epigenetické dědičnosti u ryb. Vnitřní i vnější faktory ovlivňující kvalitu spermií se často odrážejí ve vzorech metylace DNA v epigenomu spermií, což může ovlivnit výkonnost potomstva. Tato studie přináší cenné poznatky od základního výzkumu až po aplikovanou vědu a přispívá tak k pokroku při šlechtění, reprodukci ryb a adaptaci na prostředí. V kapitole 3 byly u kapra obecného zkoumány účinky hormonálního ošetření a výtěrů na uchování spermií in vivo a in vitro. Výsledky ukázaly, že po třech hormonálních injekcích a odběrech spermatu měly spermie z prvního výtěru (čerstvé sperma) o něco lepší kvalitu a množství než sperma uchovávané in vivo po dobu 3 dnů (staré spermie) z druhého a třetího odběru. Přesto si spermie uchovávané po dobu 6 dnů in vitro zachovaly srovnatelnou oplozovací schopnost jako spermie odebrané 0,5 dne po hormonálním ošetření. Tyto výsledky naznačují, že vícenásobná hormonální stimulace samců v kombinaci s opakovaným odběrem spermatu může být efektivně využita při umělé reprodukci kapra obecného. Prodloužení doby uchování spermatu při zachování kvality je zásadní pro management spermií a oplodnění. V kapitolách 4 a 5 byly spermie kapra zředěny umělou kapří semennou plazmou a uchovávany po dobu 7-9 dnů bez antibiotik při teplotě 0-4 °C. V kapitole 5 bylo zjištěno, že po více než 10minutové inkubaci spermatu při zvýšené teplotě (20 °C). Pohyblivost spermií se dala zlepšit kdykoliv po uchování spermií (3, 6 nebo 9 dnů) zvýšením teploty jejich suspenze na 20 °C po dobu 10-20 minut. Navíc, inkubace spermií před oplozením při 20 °C po dobu 2 hodin uchovávaných ve větších provozních objemech po dobu 8 dnů výrazně zvýšila jejich pohyblivost a fertilizační výkonnost. Tato studie představuje nový přístup k managementu krátkodobého uchování spermatu jako účinné techniky umělé reprodukce kapra v líhních. V kapitole 6 byly zkoumány zvýšení pohyblivosti spermií v reakci na teplotu není spojeno s úrovní ATP. Tyto teplotně závislé účinky však byly pozorovány u demembranovaných spermií, což ukazuje, že jak plazmatická membrána, tak funkce bičíku jsou po krátkodobém uchování ovlivněny teplotou. Navíc je bobtnání spermií ovlivněno teplotou aktivačního média. Celkově tato studie přináší nové poznatky o teplotní regulaci pohyblivosti čerstvých i starších spermií u ryb. V kapitole 7 byly zkoumány účinky krátkodobého uchování spermií na transkriptom spermií a vzorce metylace DNA u modelového organismu zebřičky. Navíc tato studie potvrdila, že inkubace spermií při vyšších teplotách (28 °C) před aktivací pohyblivosti po krátkodobém skladování může výrazně zlepšit kinetiku pohyblivosti spermií a zvýšit jejich fertilizační kapacitu. Profilování transkriptomu odhalilo 2 180 potenciálně rozdílně exprimovaných genů, ačkoli biologický význam těchto zjištění vyžaduje další výzkum. Naše studie také ukázala, že krátkodobé uchování spermií po dobu 24 hodin neovlivnilo vzorce metylace DNA v genomu spermií zebřičky.
Keywords:
aktivační médium; imobilizační roztok; Krátkodobé uchování; Kvalita spermií; metylaci DNA; spermií; transkriptom Citation: ZHANG, Songpei. Zlepšení funkčních vlastností a kvality rybích spermií během krátkodobého uchování. Vodňany, 2025. disertační práce (Ph.D.). JIHOČESKÁ UNIVERZITA V ČESKÝCH BUDĚJOVICÍCH. Fakulta rybářství a ochrany vod
Institution: University of South Bohemia in České Budějovice
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Original record: http://www.jcu.cz/vskp/66144
guest ::
