Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Andrés Felipe González Serrano

Effects of a rumen-protected conjugated linoleic acid supplementation on the quality of bovine oocytes and embryos

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-104774

title (ger.)

Effekte der Fütterungssupplementierung mit pansengeschützten konjugierten Linolsäuren auf die Qualität boviner Eizellen und Embryonen

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/gonzalezserranoa_ss14.pdf

abstract (deutsch)

Die Linolsäure ist eine für die Ernährung von Wiederkäuern essentielle mehrfach ungesättigte Fettsäure.  Als Folge einer unvollständigen Hydrierung der Linolsäure im Pansen werden konjugierte Linolsäuren (CLA / conjugated linoleic acid) gebildet. CLA ist ein Überbegriff für verschiedene Positions-Isomere der Linolsäure, die im Darm adsorbiert werden. In laktierenden Kühen konnte eine Reduzierung des Milchfetts durch Supplementierung mit CLA erreicht werden, auch scheint sich die Supplementierung positiv auf die Reproduktion auszuwirken, da sich die Wahrscheinlichkeit einer Trächtigkeit erhöht und dem Intervall zwischen Abkalbung und erster Ovulation verkürzt wird. Direkte Effekte der Supplementierung mit konjugierten Linolsäuren auf Eizellqualität  und Entwicklungspotential von Embryonen sind bisher noch nicht beschrieben worden.

Im Rahmen dieser Arbeit erhielten Holstein-Friesian Färsen (n=84) entweder pansengeschützte CLA (10% cis9,trans11-CLA und 10% trans10,cis12-CLA) oder Stearinsäure (C18:0; SA) als Supplementierung zu einer isokalorischen Grassilage-Fütterung. Zwei verschiedene Mengen wurden dabei in zwei Experimenten eingesetzt (100 g/d und 200 g/d). Nach einer initialen Supplementationsphase (45 Tage), wurden die Eizellen mittels Ultraschall-geleiteter Ovum-pick-up (OPU) zweimal wöchentlich über einen Zeitraum von vier Wochen gewonnen. Oozyten der CLA-supplementierten (n=413) und der SA-supplementierten (n=350) Gruppen wurden in vitro gereift, befruchtet und kultiviert, um Reifungs- und Blastozystenraten zu bestimmen. Blut und Follikelflüssigkeit wurden am Anfang und Ende der Supplementationsphase gewonnen, um Cholesterin, IGF1, NEFA und das Fettsäureprofil zu bestimmen. Die Reifungsraten haben sich zwischen den Versuchsgruppen nicht unterschieden (CLA=73% vs. SA=70%). Die Blastozystenrate in der SA-supplementierten Gruppe war tendenziell niedriger als in der CLA-supplementierten Gruppe (CLA=22,4% vs. SA=13,8%). Während sich die IGF1- und NEFA-Spiegel zwischen den Versuchsgruppen nicht unterschieden, waren die Lipidprofile in Blut und Follikelflüssigkeit in beiden Versuchsgruppen dosis-abhängig verschieden. Der Cholesterinspiegel wurde durch die CLA-Supplementierung beeinflusst. Die relative mRNA Expression der Gene IGF1R, GJA1, FASN, SREBP1 und SCAP wurde in einzelnen unreifen und in vitro gereiften Eizellen mittels RT-qPCR analysiert (n=6/Gruppe). In vivo gereifte Oozyten, gewonnen durch OPU 20h nach GnRH Injektion, wurden als Kontrolle verwendet. Die relative poly(A+) mRNA unterschied sich zwischen den verschiedenen Fütterungsgruppen für die untersuchten Gene nicht; SCAP war aber signifikant erniedrigt in in vitro gereiften Eizellen von supplementierten Färsen im Vergleich zu in vivo gereiften Eizellen, die von nur mit Grassilage gefütterten Tieren stammen.

Die Lipid-Profile wurden von Oozyten CLA- (n=37) und SA- (n=50) supplementierter Tiere mittels Desorptions-Elektrospray Ionisation Massenspektrometrie (DESI-MS) erstellt.

Die Fettsäureanalyse mittels DESI-MS ergaben, dass die CLA-Supplementation zu einem Anstieg der Triglyceride 52:3 [TAG (52:3)] und TAG (52:2), Squalen, Palmitinsäure (C16:0) und Ölsäure (C18:1)100, und einer Abnahme von  TAG (56:3), TAG (50:2) und TAG (48:1) im Vergleich zu SA-supplementierten Tieren, führte. In vitro gereifte Eizellen CLA-supplementierter Tiere zeigten veränderte Lipidprofile, mit einer Anreicherung von TAG (52:3) und TAG (52:2) sowie Phosphatidylinositol 34:1 [Plo (34:1)], wohingegen Plasmalogene [PCp (38:4) und Pep (38:4)] und Palmitinsäure (C16:0) im Vergleich zu Oozyten von SA-supplemenierten Tieren deutlich erniedrigt waren.

In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass sich eine Supplementierung mit pansengeschützten Fettsäuren bei Färsen mit hoher Spezifität und Sensitivität in verschiedenen Probenmaterialien (z.B. Blut, Follikelflüssigkeit und Oozyte) nachverfolgen lässt. Die Supplementierung mit CLA hat einen signifikanten Einfluss auf das Lipidmuster in Eizellen gezeigt. Diese Ergebnisse demonstrieren die enge Beziehung zwischen Fütterung und Herdenfertilität und unterstützen die Bedeutung des Rindermodells für das Verständnis von ernährungsabhängigen Fertilitätsstörungen.

abstract (englisch)

Linoleic acid is an essential polyunsaturated fatty acid in the diet of ruminants. Conjugated linoleic acid (CLA) is a general term used for different spatial isomers of linoleic acid. CLA is produced in the rumen as result of the incomplete biohydrogenation of the linoleic acid. Supplementation of lactating cows with CLA has been reported to reduce milk fat content and is thought to improve reproductive performance by increasing the probability of pregnancy and reducing the interval between parturition and first ovulation. Direct effects of conjugated linoleic acid diet supplementation on oocyte quality and the developmental capacity of embryos have not yet been investigated.

Here, Holstein-Friesian heifers (n=84), fed with a grass silage basis diet, received a supplement consisting of either rumen-protected CLA (10% of cis9,trans11-CLA and 10% of trans10,cis12-CLA) or stearic acid (C18:0; SA)  on top of an isocaloric diet. Two different supplementation doses were given depending on the experiment (100 g/d and 200 g/d). After an initial phase of supplementation (45 days), oocytes were collected by ultra-sound guided ovum pick-up (OPU) twice weekly for four weeks. Oocytes from the CLA-supplemented (n=413) and the SA-supplemented (n=350) groups were in vitro matured, fertilized and cultured to the blastocyst stage. Blood and follicular fluid samples were collected at the start and end of the supplementation period in order to analyze cholesterol, IGF1, NEFA and for fatty acid profiling. Maturation rates did not differ between experimental groups (CLA=73% vs. SA=70%). A trend towards a lower blastocyst rate in the SA-supplemented group was observed when compared to the CLA-supplemented group (CLA=22.4% vs. SA=13.8%). While IGF and NEFA levels did not differ among experimental groups, lipid profiles in blood and follicular fluid were affected in a dose-dependent manner by both supplements. Cholesterol plasma concentration was significantly increased after 200 g/d of CLA-supplementation. Relative mRNA abundance of selected developmentally important genes (IGF1R, GJA1, FASN, SREBP1 and SCAP) was analyzed in single immature and in vitro matured oocytes by RT-qPCR (n=6/group). In vivo matured oocytes (collected by OPU 20h after GnRH injection) were used as control. Poly(A+) mRNA abundance did not differ between treatments for the selected genes, however SCAP mRNA was significantly down-regulated in in vitro matured oocytes from supplemented heifers in comparison to their in vivo matured counterparts fed only the regular grass silage diet.

Lipid profiling of single oocytes from the CLA-supplemented (n=37) and the SA-supplemented (n=50) animals was performed by desorption electrospray ionization mass spectrometry (DESI-MS). Fatty acid analysis using DESI-MS in immature oocytes revealed that CLA supplementation led to an increase of triacylglycerol 52:3 [TAG (52:3)] and TAG (52:2), squalene, palmitic acid (C16:0) and oleic acid (C18:1), and decreased abundance of TAG (56:3), TAG (50:2) and TAG (48:1) compared to SA-supplemented animals. In vitro matured oocytes from CLA-supplemented animals showed a different lipid profile, with increased abundances of TAG (52:3), and TAG (52:2) as well as phosphatidylinositol 34:1 [Plo (34:1)], whereas plasmalogen species [PCp (38:4) and Pep (38:4)] and palmitic acid (C16:0) were more abundant in in vitro matured oocytes collected from SA-supplemented heifers.

In conclusion, it is shown here that supplementation of the diet of dairy heifers with rumen-protected fatty acids can be monitored and analyzed in different sample types (i.e., blood system, follicular fluid and intra-oocyte). Single oocyte lipid determination using state-of-the-art high resolution mass spectrometry was employed for the first time for monitoring the effects of fatty acid supplementation of the daily diet and revealed specific nutritional footprints on oocyte quality and embryo development. These results demonstrate the close relationship between nutrition and herd fertility and at the same time support the role of the bovine model for understanding nutritional-dependent fertility impairments.

keywords

Bovine konjugierte Linolsäuren, Eizelle, Embryo, Rinder; conjugated linoleic acid, oocyte, embryo, bovine

kb

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