Главная страница » Взаимосвязь индекса фрагментации ядерной ДНК сперматозоидов с гормональным статусом у быков-производителей

Рубрики

17.06.2026

Взаимосвязь индекса фрагментации ядерной ДНК сперматозоидов с гормональным статусом у быков-производителей

Экономическая эффективность скотоводства напрямую зависит от организации племенной работы. Она является одним из основных факторов, влияющих на рост объема производства, темп генетического прогресса. В молочном животноводстве, особенно в высокопродуктивных стадах с коротким сроком эксплуатации коров, затраты на приобретение ремонтных телок занимают значительную долю в структуре расходов. Это особенно актуально при расширенном способе воспроизводства, направленном на увеличение поголовья.

Проблема нарушения репродуктивной функции крупного рогатого скота во всём мире вызывает серьезную озабоченность. Около четверти быков-производителей демонстрируют сниженную фертильность или полную стерильность. Ключевым лимитирующим фактором репродуктивного потенциала, как у людей, так и у животных, выступает ухудшение качества семенного материала, прогрессирующее в последние десятилетия.

В молочном скотоводстве применяют различные методы вспомогательной репродуктивной технологии, особенно метод искусственного оплодотворения. Он позволяет использовать генетический материал одного племенного быка с выдающимися характеристиками для оплодотворения сотен и даже тысяч самок. В связи с этим контроль параметров спермопродукции приобретает критическую важность — как с экономической, так и с биологической точки зрения.

Качество спермы зависит от комплекса биотических и абиотических факторов. Исследования показывают, что одним из основных параметров, характеризующих биологическую полноценность мужских гамет, является состояние генетического материала в сперматозоидах. Высокий индекс фрагментации ДНК в сперматозоидах отрицательно коррелирует с результативностью искусственного осеменения и эффективностью процедур вспомогательной репродукции. Нарушения целостности яДНК сперматозоидов могут привести к генетическим или хромосомным мутациям.

Гормональный баланс играет ключевую роль в поддержании фертильности. Процесс сперматогенеза в значительной степени зависит от гормонов, вырабатываемых в ответ на гонадотропин-рилизинг-гормон в системе «гипоталамус — гипофиз — яички». Нормальная гормональная функция яичек регулируется выработкой гипофизом фолликулостимулирующего гормона (ФСГ), лютеинизирующего гормона (ЛГ), пролактина (ПРЛ), тиреотропного гормона (ТТГ), тестостерона и антимюллерова гормона (АМГ).

Исследования показывают, что дефицит гормонов в микроокружении половых клеток является основной причиной увеличения количества незрелых сперматозоидов, что может негативно сказаться на их выживаемости и функциях [30]. Высокий уровень эстрадиола ассоциирован с повышением фрагментации ДНК из-за усиления оксидативного стресса и нарушения гормонального баланса. Эстрогены участвуют в регуляции сперматогенеза и подвижности сперматозоидов, однако их избыток (гиперэстрогения) подавляет выработку тестостерона.

Исследования, изучающие взаимосвязь между уровнями эндогенных гормонов и индексом фрагментации ДНК сперматозоидов у быков, ограничены.

Цель исследования — изучение взаимосвязи содержания тестостерона, эстрадиола и тироксина с уровнем фрагментации ядерной ДНК сперматозоидов у быков-производителей голштинской породы.

Материалы и методы исследования

Животные и сбор спермы. Исследования проводили в лаборатории биологии воспроизведения сельскохозяйственных животных Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт племенного дела» в 2025 г.

В данной работе использовали сперму быков-производителей голштинской породы.

Сбор эякулята выполняли с применением искусственной вагины в соответствии с Национальной технологией замораживания и использования спермы племенных быков.

Качество спермы оценивали с помощью систем компьютерного анализа спермы (Computer-assisted sperm analysis, CASA). Использовали программное обеспечение Argus-CASA (ООО «АргусСофт», Россия).

Обслуживание животных и проведение экспериментов осуществляли в соответствии с нормативными документами и ГОСТ 33215-2014.

Оценка индекса фрагментации яДНК. Фрагментацию ядерной ДНК сперматозоидов определяли методом щелочного варианта (pH > 13) ДНК-комет анализа (одноклеточный гель-электрофорез). Визуализацию результатов электрофореза осуществляли с помощью флуоресцентного микроскопа Nikon Eclipse Ni-U (Nikon, Япония), интегрированного в систему визуализации микрофотоизображений ProgRessHFcool/CaputerPro 2.8.8 (Jenoptic AG, Германия). Для измерения степени фрагментации ДНК в сперматозоидах использовали программное обеспечение CASP LAB 1.2.2). В каждом образце оценивали не менее 250 сперматозоидов. В каждом зафиксированном объекте определяли процент ДНК в голове, в хвосте кометы, длину миграции ДНК в хвосте кометы, радиус головы, длину и момент хвоста кометы.

Мониторинг гормонального статуса быков-производителей. Кровь для анализа отбирали из хвостовой вены в стерильные вакуумные пробирки. Пробы транспортировали в термосумках для отделения сыворотки от форменных элементов. Сыворотку хранили при температуре -24 °C.

Концентрацию гормонов (тестостерона, эстрадиола, тироксина) определяли методом иммуноферментного анализа с использованием анализатора «Униплан-01» (ЗАО «Пикон», Россия) и наборов реагентов «Иммунотех» (АО «НВО “Иммунотех”», Россия).

Измерение оптической плотности и обработку данных выполняли в программе «Пикон Сервис 3070» (ЗАО «Пикон», Россия).

Статистический анализ. Для создания базы данных и обработки первичных данных использовали Microsoft Office Excel (США). Статистический анализ первичного материала проводили с помощью программного обеспечение SPSS v.23 («Корпорация IBM», США). Обработку полученных данных проводили посредством дисперсионного анализа. Вычисляли средние арифметические (М) и стандартные ошибки средних (±SEM). Для изучения взаимосвязи между содержанием эндогенных гормонов и уровнем повреждения ядерной ДНК сперматозоидов был использован коэффициент ранговой корреляции Спирмена, оценивающий монотонную зависимость между переменными. Расчет коэффициента проводили по следующей формуле:

Достоверность различия сравниваемых средних значений оценивали с помощью t-критерия Стьюдента. Значимость различий была установлена на уровне: * р < 0,05, ** р < 0,01, *** р < 0,001.

Результаты и обсуждение

В исследуемой выборке более 98% всех гамет имели интактную ДНК. Доля сперматозоидов с умеренным повреждением генетического материала в среднем составила 1%, тогда как лишь у 0,8% клеток содержание ДНК в ядре было менее 60%, что соответствует высокому уровню фрагментации (рис. 1).

Среди 43 исследуемых быков у 9 особей не было обнаружено сперматозоидов с фрагментацией яДНК, а у 14 животных выявлены единичные сперматозоиды с высоким индексом фрагментации.

В день сбора спермы у всех животных отбирали пробы крови для мониторинга гормонального статуса и анализа взаимосвязи между качеством спермы и уровнем гормонов в сыворотке крови.

У быков-производителей с интактной яДНК содержание тестостерона в сыворотке крови было на 62,3% выше, чем у животных со сперматозоидами, имеющими умеренное повреждение ДНК, и на 72,0% выше по сравнению с быками, у которых наблюдался высокий уровень повреждения (табл. 1).

По содержанию общего тироксина между группами достоверной разницы не установлено, этот показатель носит криволинейный характер. Минимальный уровень содержания данного гормона был у быков с высоким уровнем повреждения ДНК сперматозоидов, максимальный — у быков с умеренным повреждением.

Высокий уровень содержания эстрадиола обнаружен в сыворотке быков, у которых в популяции исследуемых сперматозоидов обнаружены сильно поврежденные клетки. В сыворотке этих быков содержалось на 40% больше эстрогена, чем у животных без повреждения яДНК сперматозоидов.

Анализ разброса данных одного из основных показателей, характеризующих степень повреждения ДНК (момент хвоста по Оливе) в зависимости от категории индекса фрагментации, показан на рисунке 2.

Как видно из графика, показатель момента хвоста кометы в группе, где индекс фрагментации яДНК не превышает 5%, отсутствует, в группе с умеренным повреждением распределение равномерное, размах небольшой. В группе с высоким уровнем повреждения наблюдаются большой размах и выбросы.

Анализ распределения концентрации тестостерона в сыворотке крови в зависимости от степени повреждения яДНК показал следующие результаты. У быков-производителей, в сперматозоидной популяции которых отсутствовали клетки с умеренным и высоким уровнями повреждения ДНК, медианные значения были смещены к нижней границе диапазона, статистические выбросы не наблюдались.

У быков со сперматозоидами, имеющими умеренные и выраженные повреждения ДНК, медианные значения были достоверно ниже (p < 0,05) по сравнению с показателями животных с интактной ДНК сперматозоидов (рис. 3).

Анализраспределения содержания общего тироксина в зависимости от характера повреждения яДНК сперматозоидов показывает, что распределение равномерно во всех группах (рис. 4).

Характер распределения содержания общего тироксина показывает тенденцию к увеличению в группах с поврежденной ДНК. С целью проверки гипотезы взаимосвязи содержания эндогенных гормонов с уровнем повреждения ядерной ДНК сперматозоидов провели корреляционный анализ.

Коэффициент Спирмена между содержанием тестостерона и моментом хвоста кометы составил (ρ) ≈ -0,20, что говорит о слабой отрицательной корреляции между показателями. Данная взаимосвязь является статистически значимой (p ≤ 0,05).

В исследуемой выборке достоверная взаимосвязь между индексом фрагментации и общим тироксином не установлена, а между содержанием эстрадиола и повреждением яДНК сперматозоидов установлена положительная корреляция (ρ) ≈ 0,18.

Выводы

Исследование выявило значимую взаимосвязь между гормональным статусом быков-производителей и индексом фрагментации ядерной ДНК (яДНК) их сперматозоидов. Сперматозоиды с фрагментированной ядерной ДНК у исследуемых быков-производителей встречались с низкой частотой, 98% сперматозоидов имеют интактную ДНК, что свидетельствует о высоком качестве генетического материала у исследуемых быков. Сперматозоиды с умеренными повреждениями составили 1% от общего количества проанализированных клеток, с высоким уровнем повреждения — 0,8%.

У быков с неповрежденной ДНК сперматозоидов уровень тестостерона в сыворотке крови был значительно выше — на 62,3% и 72,0%, соответственно, в сравнении с животными, у которых наблюдались умеренные и сильные повреждения ДНК. Это указывает на важную роль тестостерона в поддержании целостности генетического материала сперматозоидов.

Высокий уровень эстрадиола коррелировал с увеличением фрагментации ДНК. У быков с поврежденными сперматозоидами концентрация эстрадиола была на 40% выше, чем у животных без повреждений. Это подтверждает гипотезу о негативном влиянии избытка эстрогенов на целостность ДНК, возможно, через усиление окислительного стресса.

Корреляционный анализ подтвердил слабую, но статистически значимую отрицательную связь между тестостероном и фрагментацией ДНК (ρ ≈ -0,20, p ≤ 0,05), а также положительную связь между эстрадиолом и повреждением ДНК (ρ ≈ 0,18).

Результаты исследования подчеркивают важность гормонального баланса, особенно тестостерона и эстрадиола, для поддержания целостности ДНК сперматозоидов у быков-производителей.

Об авторах

Байлар Садраддинович Иолчиев 1, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник

baylar1@yandex.ru https://orcid.org/0000-0001-5386-7263

Светлана Николаевна Ушакова 1, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

7985588@mail.ru

Ирина Евгеньевна Приданова 1, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

irinapridanova@yandex.ru

Ольга Николаевна Луконина 1, кандидат сельскохозяйственных наук, врио директора

lukoninaon@mail.ru

Дмитрий Владимирович Машталер 1, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

mashtaler-1989@mail.ru

Татьяна Анатольевна Мороз 1, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник