Untersuchung exogener Einflüsse auf den Reproduktionserfolg des Rindes unter Anwendung von In-vitro-Verfahren | Analysis of exogenous influences on the reproductive success of cattle using in vitro methods

Die vorliegende Dissertationsschrift befasst sich mit der Untersuchung verschiedener exogener Einflüsse auf den Reproduktionserfolg des Rindes unter Anwendung von In-vitro-Verfahren. Mögliche Auswirkungen der Spermaart (konventionell vs. weiblich gesext) und des Kalbgeschlechts auf funktionale Merkmale und Produktionsmerkmale von Holstein-Färsen in Niedersachsen werden im ersten Teil der Arbeit untersucht.  Insgesamt sind Felddaten von 55 554 Färsen in die Studie eingegangen, 87 % weibliche Kälber wurden aus gesextem Sperma geboren. Der Anteil männlicher Kälber aus weiblich gesextem Sperma lag bei 5,3 %. Diese zeigten mit 30,6 % eine 2,86-fach höhere Totge-burtenrate als männliche Kälber aus konventionellem Sperma. Ursächlich hierfür sind wahrscheinlich aneuploide Y-Chromosom-tragende Spermien, die während des Sortier-prozesses aufgrund von Trisomien fehlerhaft selektiert werden. Dies bedarf aber der Be-stätigung durch weitere Studien. Die Geburt männlicher Kälber war mit schwierigeren Kalbeverläufen und höheren Schwergeburtenraten verbunden. Die eingesetzte Spermaart war für die meisten anderen Merkmale nicht von Bedeutung. Im zweiten Teil der Arbeit werden ein ölfreies und ein ölüberschichtetes Kultursystem im Hinblick auf die Entwicklungskompetenz boviner Oozyten verglichen.  In der dazugehörigen Studie waren die Progesteronkonzentrationen im Medium nach Ma-turation der Oozyten im ölfreien System deutlich höher als im überschichteten System, in dem Progesteron während der Maturation vom Öl absorbiert wurde. Im ölfreien Kultur-system konnten außerdem höhere Maturationsraten der Oozyten beobachtet werden, wes-halb das ölfreie System als Alternative zur Ölüberschichtung betrachtet werden kann. Die Arbeit stellt abschließend den Einfluss des Wirkstoffes Glyphosat auf die Maturation und weitere Entwicklung boviner Oozyten dar.  Dazu wurden dem Maturationsmedium der Herbizidwirkstoff Glyphosat sowie das Pflanzenschutzpräparat Roundup mit Glyphosatkonzentrationen von 1 µg/ml und 10 µg/ml zugesetzt. Sowohl die Maturationsraten der Oozyten, die Teilungs- und Ent-wicklungsraten der Embryonen als auch das Lebend/Tot-Verhältnis der gefärbten Zellen unterschieden sich nicht zwischen den Versuchsgruppen und den eingesetzten Konzentra-tionen. Die relativen Expressionslevel ausgesuchter entwicklungsrelevanter Gene wurden nach Zugabe der höheren Wirkstoffkonzentrationen untersucht. Dabei wurden signifikant höhere Expressionen der Gene BMP15 (bone morphogenetic protein 15) und ZAR1 (zy-gote arrest 1) in Oozyten und von ESR1 (estrogen receptor 1) in Kumuluszellen nach Zugabe des Wirkstoffes Glyphosat im Vergleich zur Kontrolle nachgewiesen. Dies könn-te auf kompensatorische Effekte im Kumulus-Oozyten-Komplex während der Maturation hinweisen. Unter Berücksichtigung aller in dieser Studie durchgeführten Analysen, konn-te kein negativer Einfluss des Wirkstoffes Glyphosat auf die Maturation und weitere Ent-wicklung boviner Oozyten bzw. Embryonen festgestellt werden. Eine unterschiedliche Wirkung von Roundup im Vergleich zum reinen Wirkstoff konnte ebenfalls nicht ermittelt werden.

This thesis deals with the analysis of various exogenous factors on the reproductive suc-cess of cattle by application of in vitro methods. Possible effects of semen type (conventional vs. female sexed) and calf sex on production and functional traits of German Holstein heifers in Lower Saxony were evaluated in the first part of the thesis. The field data of 55 554 heifers were included in the study, 87.0 % female calves were born from sexed semen. The proportion of male calves from female sexed semen was 5.3 %. The stillbirth rate for these male calves from female sexed semen was 30.6 %, which was 2.86 times the stillbirth rate of male calves from conventional semen, possibly due to trisomies. Aneuploid Y-chromosome-bearing sperm may be selected incorrectly during sorting process. Further research is required to disclose the reasons for this find-ing. Calf sex had an influence on the average calving ease and the dystocia rates. Male calves showed higher calving ease scores and caused a higher risk for dystocia than fe-male calves. For all other traits analyzed, we showed that the type of semen plays a minor role for performances in first lactation. The second part of the thesis compares the effects of an oil free and an oil covered culture system on bovine oocyte development. After maturation of oocytes, the study showed a higher progesterone concentration in the medium of the oil free system. In the oil covered system, progesterone was absorbed by the oil during maturation. The oil free culture sys-tem led to higher maturation rates of the oocytes. Therefore, it can be regarded as an alter-native system for in vitro production. The aim of the last part of the thesis was to determine, whether the active ingredient glyphosate affects the maturation and further development of bovine oocytes in vitro. For this purpose, the active ingredient glyphosate and the formulation Roundup were added to the maturation medium in active substance concentrations of 1 µg/ml and 10 µg/ml. The maturation rates of oocytes and the cleavage and development rates of embryos showed no statistically significant differences irrespective of the concentrations used. The average ratio of live to dead cells of stained blastocysts also showed no differences between groups treated with glyphosate and the controls. The relative expression levels of selected genes were only analyzed for the concentration of 10 µg/ml. An upregulation of the de-velopmental genes BMP15 (bone morphogenetic protein 15), ZAR1 (Zygote arrest 1) and ESR1 was detected after addition of the active ingredient glyphosate to the maturation me-dium. Compensatory mechanisms within the cumulus-oocyte-complex during maturation might be a possible explanation for this finding. Considering all analyses performed here, negative influences of glyphosate and Roundup on bovine oocyte development were not detected. No differences between the effect of glyphosate formulated as a herbicide and glyphosate in pure form were observed.