Microscopic sperm head damage and abnormalities as heat stress indicators in Australian Merino rams (Ovis aries) in Northern Patagonia, Argentina

Abstract

In Northern Patagonia, the mating season starts on March 15th, when rams are submitted to summer temperatures. Exposure of rams to heat stress increases the prevalence of microscopic damage to spermatozoa, morphological abnormalities, and reductions in fertility. This study assesses the adaptive capabilities of six unshorn and six shorn Australian Merino rams, half of which were treated in a heat chamber for eight hours for five days, gradually reaching a temperature of up to 40 °C. Microscopic damage, abnormalities and ultramicroscopic alterations of the plasma membrane and the acrosome of sperm head were analysed. There were significant differences in the percentage of tailless spermatozoa and proximal cytoplasmic droplets between post-treatment periods. Temperature primarily affected the shorn rams and the sperm heads during spermiogenesis. Submicroscopic alterations were observed when the plasma membrane was present in the anterior segment. These alterations can be intact, waved, or dilated. When the plasma membrane was absent, the acrosome might be intact, dilated, and waved. In addition, the outer acrosomal membrane may completely lose its contents or have a nude nucleus. The plasma membrane assumes a waved shape as a result of the effect of temperature on the epididymis. According to this study, the tailless head, proximal cytoplasmic droplets, and the ultramicroscopic categories studied were robust indicators of semen heat stress. After ten weeks, the sperm head recovered its normal shape. Unshorn rams are better adapted to summer heat stress than shorn ones. Microscopy and transmission electron microscopy alterations have been shown to be excellent indicators of thermal stress in Australian Merino rams and may be useful tools to help sheep farmers choose when to begin the mating season, which will vary depending on the environmental conditions of the summer.

Na Patagônia Norte, os ovinos têm sua estação de acasalamento iniciada em 15 de março, portanto, ficam sujeitos às temperaturas do verão. A exposição de carneiros a estresse térmico aumenta a prevalência de danos microscópicos e anomalias morfológicas nos espermatozoides, que implica uma redução na fertilidade. Este trabalho avaliou a capacidade adaptativa de carneiros Merino Australiano com lã (N = 6) e tosquiados (N = 6): metade ficou ao ar livre e outra metade foi mantida em uma câmara climática por oito horas, durante cinco dias, chegando gradualmente a uma temperatura máxima de 40 °C. Foram analisados danos microscópicos, anormalidades e alterações ultramicroscópicas da membrana plasmática e do acrossoma da cabeça dos espermatozoides. Os resultados microscópicos confirmaram a existência de diferença significativa na porcentagem de espermatozoides sem cauda e com gota citoplasmática proximal, entre os ejaculados pós-tratamento. A temperatura afetou os carneiros tosquiados, principalmente a cabeça de seus espermatozoides, durante a espermatogênese. Alterações submicroscópicas foram observados na membrana plasmática quando ela estava presente no segmento anterior: quando não intacta, ficava ondulada ou dilatada. Quando a membrana plasmática estava ausente, o acrossoma podia se apresentar ondulado ou dilatado. Além disso, sob efeito do calor, a membrana acrossomal externa pode perder completamente seu conteúdo ou apresentar núcleo desnudo. A membrana plasmática assume uma forma ondulada pelo efeito da temperatura no epidídimo. Depois de dez semanas, a cabeça dos espermatozoides recuperou sua forma normal. Como demonstrado neste estudo, a cabeça sem cauda, as gotas citoplasmáticas proximais e as categorias ultramicroscópicas estudadas são indicadores do efeito do estresse térmico no sêmen, e os carneiros com maior cobertura de lã se adaptam melhor ao estresse por calor. Alterações de microscopia e de microscopia eletrônica de transmissão têm se mostrado excelentes indicadores de estresse por calor em carneiros Merino Australiano e podem ser ferramentas úteis para ajudar criadores de ovelhas a escolher quando começar a época de acasalamento, o que irá variar de acordo com as condições ambientais do verão.