Analysis of seminal plasma from brown bear (Ursus arctos) during the breeding season: Its relationship with testosterone levels

Abstract

El plasma seminal (SP) juega un papel importante en la motilidad, la viabilidad y el mantenimiento de la capacidad de fertilización de los espermatozoides de mamíferos. Este estudio es el primero de los componentes SP del oso pardo (Ursus arctos) y tiene dos objetivos principales: 1) definir la composición SP en la eyaculación del oso y 2) identificar variaciones en la composición SP en relación con los niveles altos y bajos de testosterona en Suero durante la época de reproducción. Se obtuvieron cuarenta y ocho muestras de esperma de 30 osos pardos machos sexualmente maduros (Ursus arctos) mediante electroeyaculación, y se evaluaron sus niveles séricos de testosterona para clasificar a los animales en 2 grupos (niveles altos y bajos de testosterona, umbral 5 ng / dl). Se evaluaron las composiciones bioquímicas y de proteínas de las muestras de SP y se analizó la motilidad de los espermatozoides. Encontramos que la lactato deshidrogenasa fue significativamente mayor en las muestras con bajo contenido de testosterona en suero, mientras que las concentraciones de lipasa y Mg + fueron significativamente mayores en las muestras con alto contenido de testosterona en suero. En contraste, la motilidad de los espermatozoides no difirió significativamente (P> 0.05) entre los grupos de niveles de testosterona (motilidad total: 74.42.8% en el grupo de nivel alto vs. 77.1 ± 4.7% en el grupo de nivel bajo). Se construyó un modelo digital de referencia ya que no hay información para esta especie silvestre. Para ello, todas las imágenes de gel se agregaron en una imagen binaria multidimensional y se identificaron treinta y tres puntos como los puntos más repetidos. Se realizó un análisis de estas proteínas por equivalencia cualitativa (punto isoeléctrico y peso molecular) con datos publicados para un toro. La composición de la proteína SP se comparó entre osos con testosterona sérica alta y baja, y tres proteínas (aglutinante de esperma y dos enzimas no identificadas en el toro de referencia) mostraron diferencias cuantitativas significativas (P <0.05). Concluimos que los osos machos con niveles altos o bajos de testosterona en suero difieren solo en algunas propiedades de su SP, las diferencias en la enzima LDIP2, la fuente de energía LACT2, una proteína (similar a BSP1) y el ion Mg se identificaron entre estos dos grupos. Estos datos pueden informar la aplicación de SP para mejorar los extensores del semen del oso.

Seminal plasma (SP) plays an important role in the motility, viability and maintenance of the fertilizing capacity of mammalian spermatozoa. This study is the first on brown bear (Ursus arctos) SP components, and has two main objectives: 1) to define the SP composition in bear ejaculate and 2) to identify variations in SP composition in relation to high and low levels of testosterone in serum during the breeding season. Forty-eight sperm samples from 30 sexually mature male brown bears (Ursus arctos) were obtained by electroejaculation, and their serum testosterone levels were assessed to sort the animals into 2 groups (high and low testosterone levels, threshold 5 ng/dl). The biochemical and protein compositions of the SP samples were assessed, and sperm motility was analyzed. We found that lactate dehydrogenase was significantly higher in the low-serum-testosterone samples, while concentrations of lipase and Mg+ values were significantly higher in the high-serum-testosterone samples. In contrast, sperm motility did not significantly differ (P>0.05) between the testosterone level groups (total motility: 74.42.8% in the high-level group vs. 77.1±4.7% in the low-level group). A reference digital model was constructed since there is no information for this wild species. To do this, all gel images were added in a binary multidimensional image and thirty-three spots were identified as the most-repeated spots. An analysis of these proteins was done by qualitative equivalency (isoelectric point and molecular weight) with published data for a bull. SP protein composition was compared between bears with high and low serum testosterone, and three proteins (binder of sperm and two enzymes not identified in the reference bull) showed significant (P<0.05) quantitative differences. We conclude that male bears with high or low serum testosterone levels differs only in some properties of their SP, differences in enzyme LDIP2, energy source LACT2, one protein (similar to BSP1) and Mg ion were identified between these two groups. These data may inform the application of SP to improve bear semen extenders.