Reduced fertility in stallions

INHALT

Synonyme (en)

Male fertility dysfunction

Sub-Fertile Stallion

Infertility in stallions
Deutsch Hengste mit reduzierter Fruchtbarkeit

Synonym (de)

Reduzierte Fruchtbarkeitsleistung

Verminderte Fruchtbarkeit

Fertilitätsstörungen

Subfertile Hengste
Französisch Troubles de la fertilité de l’étalon

Gene

Kandidatengene für die Fruchtbarkeit:

Whole genome screening (next generation sequencing data): Schrimpf R et al 2016

  • Hannoveraner: g.37455302G>A NOTCH1 variant
  • Diverse Rassen: 9 candidate fertility loci in CFTR, FBXO43, FOXP1, OVGP1, PKD1, SPATA31E1, TCP11, TSSK6
Assoziationsanalysen zwischen SNP und Fruchtbarkeitsfaktoren bei Hannoveraner Hengsten (Giese A 2002; Giesecke K 2008; Giesecke K et al 2009, 2010a, 2010b, 2011; Gotttschalk M et al 2016a; Hamann H et al 2007; Jude RMV 2003):
  • ACE (angiotensin converting enzyme)
  • CRISP1 (cysteine-rich secretory protein 1), alias AEG1
  • CRISP3 (cysteine-rich secretory protein 3)
  • FSHB (follicle stimulating hormone)
  • INHBA (inhibin beta A)
  • PRLR (prolactin receptor)
  • SP17 (sperm autoantigenic protein 17)
  • SPATA1 (spermatogenesis associated 1)

cDNA-Klonierung, codierend für eine equine Serin/Threonin-Kinase (Sabeur K et al 2008);

  • STK31 (serine–threonine kinase 31)

Genomweite Assoziationsstudien (GWAS) (Kjöllerström HJ et al 2016, Raudsepp T et al 2012; Schrimpf R et al 2014, 2015):

  • FKBP6 (FK506 binding protein 6)
  • PLCz1 (phospholipase C zeta 1)

MSY (male specific region of Y) gene catalogue (Paria N 2009; Paria N et al 2011; Raudsepp T 2015):

  • 10 Gene mit mehreren Genkopien und hodenspezifischer Genexpression

KIT als Marker für die Differenzierung der Urkeimzellen in Spermatogonien während der Spermatogenese (Jung H et al 2015)

VASA (DDX4): potentieller Marker für Spermatogonien, Spermatozyten und Spermatiden (Kim JY et al 2015)

Mitochondrial DNA Copy Number in Spermatozoa (Orsztynowicz M et al 2016)
Chromosomen
  • Autosomen: ECA4 (CFTR, INHBA, STK31), ECA5 (OVGP1, SPATA1), ECA6 (PLCz1), ECA7 (FSHB, SP17), ECA9 (FBXO43, TSSK6), ECA11 (ACE), ECA13 (FKBP6, PKD1), ECA16 (FOXP1), ECA20 (CRISP Gene, TCP11), ECA21 (PRLR, DDX4), ECA25 (NOTCH1, SPATA31E1)
  • Gonosomen (Geschlechtschromosomen): ECAY

OMIA#

FKBP6: OMIA 001762-9796: Impaired acrosomal reaction in Equus caballus http://omia.angis.org.au/OMIA001762/9796/

Die anderen Phänotypen sind in OMIA nicht registriert

NCBI gene

ACE http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100064801

CFTR http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100071259

CRISP1 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100033953

CRISP3 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100033965

FBXO43 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100055861

FKBP6 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100061393

FOXP1 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100053199

FSHB http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100033829

INHBA http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100034076

NOTCH1 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100068764

OVGP1 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/102147692

PKD1 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100068126

PLCz1 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100067798

PRLR http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100053793

SP17 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100064207

SPATA1 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100064787

SPATA31E1, e!Ensembl ENSECAG00000017439

STK31 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100009696

 TCP11 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100062952

TSSK6 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100146574

VASA (DDX4) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100051760

Mutationen

Kausale Mutationen wurden nicht identifiziert
Erbgang

Komplexe und heterogene Vererbung. Die Erbgänge sind noch nicht genau identifiziert.

Hannoveraner Hengste

Abfohlrate pro Hengst und Saison: Heritabilität (h2): 0.03 - 0.15 (Hamann H et al 2005; Giesecke K et al 2010c). Zuchtwerte für Fruchtbarkeit können geschätzt werden.

Heritabilität und Zuchtwerte können ebenfalls für spezifische Merkmale geschätzt werden (Gottschalk M et al 2016b; Labitzke D et al 2014):

  • Ejakulatvolumen (gelfrei): h2 = 0.28, 0.43
  • Gesamtspermienzahl: h2 = 0.29
  • Vorwärtsbeweglichkeit (progressive Motilität): h2 = 0.13, 0.20

Shetlandpony (Zit. Labitzke D et al 2014)

  • Ejakulatvolumen: h2 = 0.57
  • Vorwärtsbeweglichkeit: h2 = 0.46

Friese (Zit. Labitzke D et al 2014)

  • Ejakulatvolumen (gelfrei): h2 = 0.16
  • Abnorme Akrosome: h2 = 0.62
Merkmale / Symptome

Die Fruchtbarkeit der Hengste hat eine sehr hohe wirtschaftliche Bedeutung. Sie wird durch zahlreiche umweltbedingte (Haltungsbedingungen, Deckstation, Zuchtsaison, Methode der Samenentnahme, Fütterung, Nutzung, diverses Erkrankungen, Alter, usw.) und genetischen Faktoren beeinflusst. Die Fruchtbarkeit wird aber nicht konsequent als Selektionskriterium in den Zuchtprogrammen der verschiedenen Rassen berücksichtigt.

Wenn die Befruchtungsrate pro Rosse unter 55 % liegt, kann ein Hengst als subfertil betrachtet werden (Vidament M et al 2013). Hengste mit einer Trächtigkeitsrate unter 44% (normale Fruchtbarkeit: >60%) nach dem ersten Zyklus (first-cycle pregnancy rate) gelten als subfertil (Pickett BW & Voss JL 1999).

Die Fruchtbarkeitsleistung kann durch verschiedene Merkmale präzisiert werden: Befruchtungsrate (Trächtigkeitsrate), Abfohlrate, Spermaqualität (Ejakulationsvolumen, Konzentration, Motilität, Morphologie, Vitalität, Chromatinintegrität, Akrosomintegrität, usw.). Mehrere Untersuchungsmethoden wurden entwickelt (Allimant M 2010; Ball BA 2008; Brito LF 2007; Domes U 2003; Langlois B et al 1977; Turner RM 2005; Varner DD et al 2000, 2008, 2015), insbesondere mit biochemischen Markern (spezifische Seminalplasmaproteine, Enzyme, usw.) für die Entwicklung und die Befruchtungsfähigkeit der Spermien (Varner DD 2008). Die Synthese dieser biochemischen Marker wird von zahlreichen Genen determiniert.

Mit den Entwicklungen in der Entschlüsselung des Pferdegenoms konnten signifikante Zusammenhänge zwischen SNPs (Marker) und Fruchtbarkeitsmerkmalen aufgezeigt werden, insbesondere für folgende fruchtbarkeitsrelevante Gene und Phänotypen:

  • Reifung der Spermien; Fusion von Spermium und Eizelle: CRISP Gene (Giese A 2002; Jude RMV 2003). Hengste mit bestimmten Mutationen im CRISP3 Gen weisen eine geringere Konzeptionsrate auf (Hamann H et al 2007)
  • Reorganisation des Spermien-Chromatins während der Spermatogenese (Sabeur K et al 2008): STK31. Die Funktion der Serin/Threonin-Kinase 31 soll noch präzisiert werden.
  • Gene ACE, FSHB, INHBA, PRLR, SPATA1, SP17 (Giesecke K et al 2011): signifikante Assoziationen zwischen SNPs und der Konzeptionsrate von Hannoveraner Hengsten

Mit genomweiten Assoziationsstudien (GWAS) konnten Kandidatengene für folgende Phänotypen identifiziert werden:

  • FKBP6 (Raudsepp T et al 2011; Schrimpf R et al 2015): Störung der Akrosomreaktion (impaired acrosome reaction, IAR); Störung beim Kontakt des Spermiums mit der Eizelle (zona pellucida) bei der Fertilisation.
Die Betrachtung der Genebene ist nicht ausreichend um die polygenen Merkmale zu verstehen und muss durch die Analyse der Genaktivität auf die RNA- und Proteinebene (Transkription und Translation) erweitert werden. Die Untersuchung der Genexpression (Umsetzung der Information eines Gens, Ausprägung eines Gens => Phänotyp) mittels RNA-Analyse ermöglicht es, die variablen Einflüsse auf das Gen zu erklären und die Regulationsmechanismen zu erfassen (z.B. Belk AD et al 2015; Bolfe A 2013; Das PJ et al 2010, 2013; Ing NH et al 2015; Paria N et al 2011; Twenter HM et al 2015).
Belastungen Einschränkung einer Organfunktion (Fruchtbarkeit); die Lebensqualität und das Verhalten werden nicht beeinträchtigt.

Massgebende Kriterien für die Beurteilung der Belastungen sind insbesondere:

Zuchtstrategie und Massnahmen

Selektion auf männliche Fruchtbarkeitsleistung (Zuchtprogramm): Fruchtbarkeitsüberwachung, Erfassung objektiver Fruchtbarkeitsmerkmale (Fruchtbarkeitsdaten), Schätzung der Varianzkomponenten, Schätzung der Erblichkeit, Zuchtwertschätzung, Forschungsprojekte zur Fruchtbarkeitsoptimierung durch genomische Selektion

Rassen

 Alle Rassen
Prävalenz (%) --
Gründer --

DNA-Test

NEIN
Bemerkungen

--

LITERATURVERZEICHNIS

Bücher

(en) MCKINNON AO, SQUIRES EL, VAALA WE, VARNER DD, edited by (2011). Equine Reproduction. Second Edition, 2011, Wiley-Blackwell, 3288 Seiten, Part II: The Stallion.

(de) AURICH C. (2008). Reproduktionsmedizin beim Pferd: Gynäkologie - Andrologie – Geburtshilfe. Georg Thieme Verlag, 2. Auflage 2008, 400 Seiten

  • ISBN: 9783830441793
  • Google Books <https://books.google.de/books?id=OLuQqiJmctwC&hl=de&source=gbs_navlinks_s>
  • [Stand: 02.02.2015]

(en) RAUDSEPP T, DAS PJ, CHOWDHARY BP. (2013). Genomics of reproduction and fertility. In Chowdhary BP, Equine Genomics. Wiley-Blackwell, Seiten 199-216

  • ISBN: 978-0-8138-1563-3
  • ISBN: 978-1-118-52212-7 (e-book)
  • Beschreibung, Inhalt, Autoren: WILEY http://eu.wiley.com/WileyCDA/ > Life Sciences > Genetics > Animal Genetics
  • <http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-0813815630.html>
  • [Stand: 22.06.2014]

Wissenschaftliche Veröffentlichungen

2016

(en) GOTTSCHALK M, METZGER J, MARTINSSON G, SIEME H, DISTL O. (2016a). Genome-wide association study for semen quality traits in German Warmblood stallions. Animal Reproduction Science, accepted 07.06.2016

  • DOI: 10.1016/j.anireprosci.2016.06.002
  • Animal Reproduction Science http://www.journals.elsevier.com/animal-reproduction-science/
  • Abstract <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378432016302524>
  • Pdf <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378432016302524/pdf?md5=248e43ca44fe6193d6727b9e57ff35ee&pid=1-s2.0-S0378432016302524-main.pdf>
  • [Stand: 14.06.2016]

(en) GOTTSCHALK M, SIEME H, MARTINSSON G, DISTL O. (2016b). Heritability of semen traits in German Warmblood stallions. Animal Reproduction Science, online 21.03.2016

  • DOI: 10.1016/j.anireprosci.2016.03.00
  • Animal Reproduction Science http://www.journals.elsevier.com/animal-reproduction-science/
  • Abstract <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378432016300902>
  • Pdf <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378432016300902/pdf?md5=c6665d26d9499c9d6266f8bdf3908f25&pid=1-s2.0-S0378432016300902-main.pdf>
  • [Stand: 24.03.2016]

(en) KJÖLLERSTRÖM HJ, DO MAR OOM M, CHOWDHARY BP, RAUDSEPP T. (2016). Fertility Assessment in Sorraia Stallions by Sperm‐Fish and Fkbp6 Genotyping. Reproduction in Domestic Animals, online: 28 march 2016

(en) ORSZTYNOWICZ M, PAWLAK P, PODSTAWSKI Z, NIZANSKI W, PARTYKA A, GOTOWIECKA M, KOSINIAK-KAMYSZ K, LECHNIAK D. (2016). Mitochondrial DNA Copy Number in Spermatozoa of Fertile Stallions. Reproduction in Domestic Animals, online: 1 APR 2016

(en) SCHRIMPF R, GOTTSCHALK M, METZGER J, MARTINSSON G, SIEME H, DISTL O. (2016). Screening of whole genome sequences identified high-impact variants for stallion fertility. BMC genomics, 17(1): 1

  • DOI: 10.1186/s12864-016-2608-3
  • BMC genomics https://bmcgenomics.biomedcentral.com/
  • Abstract <https://bmcgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12864-016-2608-3#Abs1>
  • Pdf <https://bmcgenomics.biomedcentral.com/track/pdf/10.1186/s12864-016-2608-3?site=bmcgenomics.biomedcentral.com>
  • [Stand: 23.04.2016]

2015

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  • DOI:10.1016/j.jevs.2015.03.016
  • Equine Veterinary Science http://www.j-evs.com/
  • Abstract <http://www.j-evs.com/article/S0737-0806%2815%2900163-X/abstract>
  • pdf <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S073708061500163X/pdfft?md5=c9e429ced45f57f8ff2334218b84fc95&pid=1-s2.0-S073708061500163X-main.pdf>
  • [Stand: 20.07.2015]

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  • DOI: 10.1016/j.anireprosci.2014.11.007
  • Animal Reproduction Science http://www.journals.elsevier.com/animal-reproduction-science
  • Abstract <http://www.sciencedirect.com/science/journal/03784320/152#>
  • Pdf <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378432014003698/pdfft?md5=b0832d64e9405717d005e1ecede2f0f9&pid=1-s2.0-S0378432014003698-main.pdf>
  • [Stand: 20.07.2015]

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  • Animal Reproduction Science http://www.journals.elsevier.com/animal-reproduction-science
  • Abstract <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378432014003625>
  • Pdf <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378432014003625/pdfft?md5=89906dd0a62383611522963d6a601ae1&pid=1-s2.0-S0378432014003625-main.pdf>
  • [Stand: 20.07.2015]

(en) KIM JY, JUNG HJ, YOON MJ. (2015). VASA (DDX4) is a Putative Marker for Spermatogonia, Spermatocytes and Round Spermatids in Stallions. Reproduction in Domestic Animals, 50(6): online 20 OCT 2015

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  • Abstract <https://pag.confex.com/pag/xxiii/webprogram/Paper16295.html>
  • Pdf <https://pag.confex.com/pag/xxiii/recordingredirect.cgi/id/1824>
  • [Stand: 20.07.2015]

(en) SCHRIMPF R, METZGER J, MARTINSSON G, SIEME H, DISTL O. (2015). Implication of FKBP6 for male fertility in horses. Reproduction in Domestic Animals, 50(2): 195-199

(en) TWENTER HM, KLOHONATZ KM, BELK AD, BASS LD, BOUMA GJ, BRUEMMER JE. (2015). Differential miRNA expression from sperm obtained in the different regions of the stallion epididymis. Proceedings of the 2015 Equine Science Society Symposium. Journal of Equine Veterinary Science, 35(5): 440

  • DOI: 10.1016/j.jevs.2015.03.145
  • Journal of Equine Veterinary Science http://www.j-evs.com/
  • Abstract <http://www.j-evs.com/article/S0737-0806%2815%2900292-0/abstract>
  • Pdf <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0737080615002920/pdfft?md5=794e01919fa84907bdbdd53aadd50022&pid=1-s2.0-S0737080615002920-main.pdf>
  • [Stand: 20.07.2015]

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  • DOI: 10.1371/journal.pone.0109675
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  • Abstract <http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0056535>
  • Pdf <http://www.plosone.org/article/fetchObject.action?uri=info:doi/10.1371/journal.pone.0056535&representation=PDF>
  • [Stand: 20.07.2015]

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  • Abstract <http://tpg.schattauer.de/de/inhalt/archiv/issue/1754/manuscript/19797.html>
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Webseiten

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