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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2021.tde-27052021-161110
Document
Author
Full name
Paula Suarez Henriques
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2021
Supervisor
Committee
Louvandini, Helder (President)
Amarante, Alessandro Francisco Talamini do
Caldas, Danielle Gregorio Gomes
Title in English
Diet's protein supplementation and Haemonchus contortus infection relation to the homeostasis, ovarian gene expression and histology of peripubertal ewes
Keywords in English
Haemonchus contortus
Dietetic Protein
Gene expression
Infection
Ovary
Peripubertal Ewe
Abstract in English
In ewes, the management of nutrition can be an efficient management tool to improve ovarian performance. Nutrients after being absorbed are transported by circulating blood to all tissues in the body. The ewe lamb nutritional and physiological state may interfere with the ovarian environment and fertility. A deficiency of protein in the blood caused by an Haemonchus contortus abomasal infection is detrimental to the organism's development during puberty, causing an undesirable delay in puberty manifestation. Pubertal delay leads to economic losses in sheep breeding economic systems. The infection demands a higher protein intake to repair the damage caused by the parasite in sheep's tissues, replenish the blood losses, and build the host's immune response. The immune response to H.contortus s improves with supplementation of protein in the sheep's diet. H.Contortus become resistant to anthelminthic therapy shortly after they are exposed to a new treatment.Moreover, there is the possibility of contamination by anthelmintic drugs in ovine products, possibly affecting human health and the environment. This study's objective was to evaluate if ovarian and clinical parameters can be incremented in peripubertal infected animals through more sustainable management than anthelmintic usage. We used a 2 x 2 factorial model where eighteen Santa Inês ewe lambs (Ovis aries) between 6 - 7 months old - born to the same ram - were fed with one of the two dietetic's protein levels (12% or 19%). After 35 days of being fed this diet, they were infected or not with 10,000 Haemonchus contortus L3 larvae. We assessed AMH plasma levels with an ELISA test and blood's cells and biochemical parameters during the experimental period at four different times. Following 42 days of infection and 77 days of the diet, the lambs had their left ovaries removed, and we examined ovarian morphometrics through histological analysis. The groups Supplemented Protein Infected(n=5), Control Protein Infected(n=5), Supplemented Protein Not Infected (n=4) and Control Protein Not Infected (n=4) did not differ in their bodyweight gain.In the analysis of plasma protein related to diet and infection in factorial ANOVA, the diet's protein level was significant (p=0.02). Primordial follicle size varied significantly with the interaction diet*infection (p<0.05) and oocyte size varied significantly with the level of protein in the diet (p=0.047). We created an explanatory linear mixed model to evaluate how diet, infection, and physiological parameters influenced the primordial follicle and oocyte size. Because the circulating nutrients reaching the ovary can change its gene expression, we decided to assess its gene expression. Ovarian follicle growth activation is an essential feature controlling female reproductive potential. We aimed to determine if supplementing protein in infected animals' diet would impact the ovarian environment leading to timely ovarian follicle activation. After 77 days on this diet and 42 days of infection, we extracted RNA from their left ovaries and sequenced it to accomplish this goal. We found that protein supplementation in infected animals led to an up-regulation of genes and biological processes linked to meiotic activation in pre-ovulatory follicles and primordial follicle activation, among other processes. The supplemented not infected animals also up-regulated genes and processes linked to meiosis and other processes such as circadian behaviour. The animals that were not supplemented had these same processes down-regulated while they up-regulated processes related to tissue morphogenesis, inflammation and immune response. We concluded that serum AMH, blood cells and biochemical parameters, diet and infection influenced oocyte size and primordial follicle size in peripubertal ewes. Furthermore, diet's protein supplementation of peripubertal infected animals allowed them to express genes related to a more mature ovarian follicle stage than their half-sisters infected and not supplemented with protein. The supplementation of protein in not infected ewe lambs also led to up-regulation of genes and meiotic activation processes. In contrast, their half-sisters with control level of protein did not up-regulate these genes.
Title in Portuguese
A relação da suplementação de proteína na dieta e infecção por Haemonchus contortus com a homeostase, morfometria e expressão gênica ovarianas em ovelhas peri-púberes
Keywords in Portuguese
Haemonchus contortus
AMH
Expressão gênica
Infecção
Ovário
Ovelha púbere
Proteína dietética
Abstract in Portuguese
O manejo da nutrição em ovelhas pode ser uma ferramenta eficiente para melhorar a performance ovariana. Os nutrientes absorvidos são transportados pela circulação sanguínea para os tecidos do organismo. O estado nutricional e fisiológico da borrega pode interferir com o desenvolvimento ovariano e fertilidade.Uma deficiência em proteína no sangue, causada pela infecção abomasal com o parasita Haemonchus contortus, é prejudicial ao desenvolvimento dos organismos durante a puberdade, causando indesejável atraso na manifestação da puberdade. A infecção exige maior consumo de proteína para reparar o dano causado pelo parasita nos tecidos, repor as perdas sanguíneas e para elaborar a resposta imune. A resposta imune ao H.contortus melhora com a suplementação de proteína na dieta. H.contortus se torna resistente aos anti-helmínticos em pouco tempo de exposição a um princípio ativo. Além disso, existe a possibilidade que os anti-helmínticos deixem resíduos em produtos e dejetos ovinos, afetando a saúde humana e o meio ambiente. Portanto a primeira parte de nosso estudo teve como objetivo avaliar se parâmetros morfométricos do ovário e parâmetros fisiológicos poderiam ser melhorados em animais peri-púberes infectados suplementados com proteína na dieta. Para isso nós usamos 18 borregas da raça Santa Inês (Ovis aries) entre 6 e 7 meses de idade, filhas do mesmo reprodutor. Elas foram alimentadas com 12%(grupos controle) ou 19% de proteína(grupos suplementados) na dieta. Após 35 dias consumindo esta dieta, elas foram infectadas artificialmente via oral com 10.000 larvas estágio L3 de Haemonchus contortus (grupos infectados) ou não (grupos não infectados). Em quatro momentos do período experimental, nós avaliamos os níveis séricos de hormônio anti-mulleriano(AMH) com um teste ELISA, parâmetros celulares e bioquímicos do sangue e número de ovos de H. contortus nas fezes. Após 42 dias de infecção e 77 dias de dieta, os ovários esquerdos das borregas foram retirados cirurgicamente e nós examinamos sua morfometria por análise histológica. As borregas suplementadas com proteína infectadas (n=5), proteína controle infectadas(n=5), suplementadas com proteína não infectadas (n=4) e proteína controle não infectadas (n=4) não tiveram peso corporal final diferente. Na análise de proteína plasmática em relação a dieta e infecção em ANOVA fatorial , o nível de proteína na dieta foi significativo (p=0.02). O tamanho de folículo primordial variou significativamente com a interação proteína na dieta*infecção (p<0.05) e o tamanho de oócito variou significativamente com o nível de proteína na dieta(p=0.047). Nós criamos um Modelo explanatório Linear Misto para avaliar se diferentes dietas, status de infecção, e parâmetros fisiológicos observados durante o experimento influenciaram no tamanho de oócito e folículo primordial. Porque os nutrientes circulantes chegando ao ovário podem mudar sua expressão gênica, nós avaliamos também a expressão gênica ovariana destas borregas. Sendo que a ativação do crescimento folicular é uma característica essencial do potencial reprodutivo feminino, nós objetivamos determinar se suplementando proteína na dieta de animais infectados, a expressão de genes ovarianos seria beneficiada levando a ativação folicular em momento mais precoce que suas irmãs não suplementadas. Para chegar a este objetivo, nós extraímos e sequenciamos RNA dos seus ovários esquerdos.A suplementação de proteína em animais infectados levou a uma maior expressão de genes(FDR p-value < 0.05) e processos biológicos (p<0.01) ligados a ativação meiótica em folículos pré-ovulatórios e ativação de folículos primordiais entre outros processos biológicos. Os animais suplementados não infectados também tiveram maior expressão de genes e processos ligados a meiose e outros como comportamento circadiano. Os animais não suplementados tiveram expressão menor destes processos e maior expressão de processos relacionados a morfogênese tecidual, inflamação e resposta imune. Com o primeiro estudo nós concluímos que a dieta, infecção, AMH sérico, parâmetros sanguíneos celulares e bioquímicos influenciaram o tamanho de oócito e folículo primordial. No estudo de expressão gênica nossa conclusão foi que a suplementação de proteína para animais peri-púberes infectados permitiu a expressão de genes ovarianos relacionados a estágios de maturação folicular mais adiantado que suas irmãs infectadas e não suplementadas com proteína. E a suplementação de proteína em borregas não infectadas também levou a uma expressão maior de genes e processos relacionados a ativação meiótica. Em contraste, suas irmãs com nível de proteína controle apresentaram menor expressão destes genes e processos.
 
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Publishing Date
2021-05-28
 
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