Optimization of a sperm cryopreservation protocol for coho salmon (oncorhynchus kisutch) as a tool for improving its reproduction in captivity | Optimización de un protocolo para la criopreservación de semen salmón coho (Oncorhynchus kisutch) como herramienta para mejorar su reproducción en cautiverio

El salmón coho es la segunda especie de mayor producción dentro de la salmonicultura chilena. No obstante, su éxito reproductivo es controversial, al mismo tiempo que escasea información sobre características de calidad espermática y aplicación de herramientas como la criopreservación espermática. Por ello, la primera parte de este estudio tuvo como objetivo examinar el semen fresco de salmón coho mediante una evaluación funcional y estructural, incluyendo análisis de parámetros seminales básicos, viabilidad y potencial de membrana mitocondrial (∆Ψm) mediante citometría de flujo. Adicionalmente, se analizó la ultraestructura y morfología espermática mediante microscopía electrónica. La segunda parte de este estudio, se enfocó en el desarrollo de un protocolo de criopreservación seminal mediante la evaluación del efecto de diferentes medios de criopreservación sobre parámetros funcionales espermáticos, marcadores de estrés oxidativo y capacidad fecundante. Los resultados en relación a la primera parte evidencian que el salmón coho produce un volumen seminal medio de 55,08 mL ± 20,14 mL, con una concentración de 13,45 ± 3,40 × 109 espermatozoides mL-1, una tasa de motilidad entre el 85 y 95%, con una duración de 45,25 ± 2,56 s, viabilidad del 95,24 ± 2,60%, ∆Ψm de 91,33 ± 4,03% y tasa de fertilidad de 96 ± 4,16%. Los espermatozoides maduros son anacrosomales, uniflagelados, presentan un par de centriolos dentro de la fosa nuclear y una sola mitocondria ubicada en la pieza media. El flagelo tiene dos aletas laterales e internamente presenta un axonema de configuración típica “9 + 2”. Aunque el tiempo de equilibrio no afectó la motilidad espermática, los demás procedimientos de criopreservación causaron un significativo deterioro de la función espermática. Los mejores resultados post-descongelación se obtuvieron con DMSO (8 y 10%), registrando tasas de motilidad entre 20 y 35%, viabilidad cercana al 60%, ∆Ψm entre 12,5 ± 8,9% y 14,63 ± 10,09% y fertilidad media en torno al 30%. El daño celular estuvo influenciado por un significativo incremento de la producción de anión superóxido y peroxidación lipídica. En conclusión, exceptuando el volumen seminal, todos los demás parámetros seminales y espermáticos de salmón coho se encuentran dentro del rango informado para otros salmónidos. No obstante, la significativa reducción de la función celular, así como la alta variabilidad entre muestras post-descongeladas sugieren que los espermatozoides de salmón coho presentan una mayor sensibilidad a la criopreservación en comparación con otras especies. Conjuntamente, esta información es base para mejorar la eficiencia reproductiva de esta especie en cautiverio, desarrollar criopreservación a pequeña escala y para mejorar el protocolo a futuro.

Coho salmon is the second most cultivated salmonids in Chile. However, its reproductive success is controversial. In addition, there is little information about sperm quality and the use of biotechnological tools such as sperm cryopreservation. Therefore, the first part of this study aimed to examine the quality of fresh milt of farmed coho salmon through a functional and structural approach, including analysis of basic seminal parameters, viability and mitochondrial membrane potential (∆Ψm) by flow cytometry. Additionally, ultrastructure and sperm morphology were assessed by electron microscopy. The second part of this study aimed to develop a sperm cryopreservation protocol by evaluating the effect of different cryopreservation media on sperm functional parameters, oxidative stress markers and fertilizing capacity. The results of the first part show that coho salmon releases a mean seminal volume of 55.08 mL ± 20.14 mL, with a concentration of 13.45 ± 3.40 × 109 sperm mL-1. The sperm motility raged between 85 and 95% with a duration of 45.25 ± 2.56. The viability was 95.24 ± 2.6%, ∆Ψm of 91.33 ± 4.03% and fertility rate of 96 ± 4.16%. The mature spermatozoa of coho salmon are anacrosomal and uniflagellated. They are characterized by presenting: i) a pair of centrioles located into the nuclear fossa, ii) a single mitochondrion in the midpiece, and iii) a flagellum that shows two lateral fins and internally an axoneme composed of a typical 9 + 2 configuration. Although the equilibrium time did not affect the sperm motility, the other cryopreservation procedures caused a significant detrimental effect on sperm function. The best post-thaw results were obtained with DMSO (8 and 10%), with mean motility rates between 20 and 35%, viability around to 60%, ∆Ψm between 12.50 ± 8.9% and 14.63 ± 10.09% and fertility rate around 30%. Sperm damage was influenced by a significant increase in the production of superoxide anion and lipid peroxidation. Except for the seminal volume, the other seminal parameters were within the range reported for salmonids. However, the significant reduction in sperm function, as well as the high variability between post-thaw samples, suggest that sperm coho salmon is highly sensitive to cryopreservation compared to other species. Together, this information is key for improving the reproductive efficiency of this species in captivity, developing small-scale cryopreservation and, for improving the protocol in the future.