公牛生育力对体外生产胚胎代谢的影响

摘要：公牛田间生育力差异很大，这主要受早期胚胎存活率差异的影响，而非仅受精失败。因此，我们研究了公牛生育力状态是否反映在胚胎条件培养基的代谢组学谱中。从840头公牛群体中选出6头荷斯坦-弗里斯兰公牛，使用调整后的公牛生育力指数进行分类。高生育力公牛（HF，n = 3）的平均值（±SD）为4.27 ± 0.61%，低生育力公牛（SF，n = 3）为-13.1 ± 1.85%。使用来自个体公牛的解冻冷冻精液对卵丘-卵母细胞复合体进行受精。受精后第7天，将1级囊胚（每头公牛n = 15的池；n = 3次重复）转移至新鲜培养基中培养24小时。第8天，收集来自两种生育力处理的胚胎条件培养基以及无胚胎对照培养基，快速冷冻，并进行高通量非靶向代谢组学分析。共检测到149种代谢物。无监督分析显示，HF和SF公牛来源的胚胎条件培养基之间存在显著重叠，但两者均与无胚胎对照培养基不同。30种代谢物的相对丰度因胚胎存在而改变，与公牛生育力无关。直接比较HF与SF公牛来源的胚胎条件培养基仅鉴定出三种差异丰度的代谢物。然而，多元机器学习分析鉴定出一组八种N-乙酰化氨基酸，能够以高精度（AUROC = 0.903）区分使用不同生育力状态公牛精液产生的胚胎。总之，公牛生育力状态对早期胚胎施加了微妙但可检测的代谢印记，可用于根据潜在发育能力进行非侵入性胚胎区分。 概要：繁殖效率是高效、有利可图的养牛业的基础。即使是通过常规生育力评估的公牛，其受孕率也可能存在很大差异。理解这种变异的生物学基础具有重要的实际意义。我们研究了早期胚胎代谢的差异是否有助于解释为什么某些公牛在生育力方面持续优于其他公牛。我们在实验室中使用来自高生育力和低生育力公牛的精子创建胚胎。然后，我们分析了反映胚胎周围液体中代谢活性的数百种小分子，发现两组之间差异甚微。然而，使用机器学习方法，我们鉴定出一组八种分子，能够以高精度根据公牛生育力状态区分胚胎。这些发现表明，公牛的生育力在早期胚胎上留下了微妙但可检测的代谢印记，未来可能在非侵入性胚胎质量评估中具有应用潜力。