The Role of Seminal Plasma in Fish Sperm Conservation: Biochemical Characterization, Sperm Motility Relationships, and Cryopreservation Applications in Piaractus mesopotamicus and Dicentrarchus labrax

[ES] La criopreservación de esperma en peces es una biotecnología importante para la acuicultura y la conservación de especies, ya que permite el almacenamiento de gametos a largo plazo, los cruces fuera de temporada, el transporte de material genético y la preservación de la variabilidad genética e...

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Detalhes bibliográficos
Autor: Pedroso Borges, Laís
Tipo de documento: tese
Data de publicação:2025
País:España
Recursos:Universitat Politècnica de València (UPV)
Repositório:RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valéncia
Idioma:inglês
OAI Identifier:oai:riunet.upv.es:10251/231882
Acesso em linha:https://riunet.upv.es/handle/10251/231882
Access Level:Acceso aberto
Palavra-chave:Casa System
Sperm extenders
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Motilidad espermática
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Silveira, Alexandre Ninhaus
Departamento de Ciencia Animal
Instituto Universitario de Ciencia y Tecnología Animal
Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, Brasil
Coordenaçao de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, Brasil
Repositorio Institucional de la Universitat Politècnica de València Riunet
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description [ES] La criopreservación de esperma en peces es una biotecnología importante para la acuicultura y la conservación de especies, ya que permite el almacenamiento de gametos a largo plazo, los cruces fuera de temporada, el transporte de material genético y la preservación de la variabilidad genética en poblaciones silvestres y de cultivo. Aunque muchos protocolos han avanzado, la mayoría sigue limitada al congelamiento y descongelamiento de los espermatozoides, sin considerar el papel del plasma seminal, un fluido que regula de forma natural la motilidad, proporciona protección antioxidante y mantiene la integridad celular. Por lo tanto, comprender y aprovechar las particularidades bioquímicas del plasma seminal puede ser fundamental para minimizar los efectos adversos del proceso criogénico y aumentar la eficacia de los métodos de conservación. Los experimentos descritos en los Capítulos 1 y 2 se realizaron en Brasil utilizando la especie neotropical de agua dulce Piaractus mesopotamicus (pacu), ampliamente cultivada en la acuicultura continental. El Capítulo 1 se centró en las asociaciones entre la composición iónica del plasma seminal y los parámetros cinéticos espermáticos. El análisis multivariado reveló correlaciones, como calcio con velocidad lineal (VSL) y glucosa con motilidad total. Estos hallazgos confirman el papel regulador de los iones y los compuestos orgánicos en la preservación de la funcionalidad espermática, demostrando que el plasma seminal no actúa solo como un medio, sino como un modulador activo de la calidad del semen. El Capítulo 2 abordó el desarrollo de un protocolo de criopreservación para P. mesopotamicus a partir del conocimiento previo de su semen. Se probaron diferentes soluciones extensoras formuladas de acuerdo con la composición iónica del plasma seminal. Entre ellas, el Tratamiento 3 se destacó por combinar valores más altos de velocidad con menores índices de fragmentación de ADN y mayores tasas de fertilización tras la descongelación. Esto resalta que la personalización de las soluciones extensoras según las propiedades bioquímicas del plasma seminal es esencial para minimizar el daño criogénico y optimizar la viabilidad espermática post-descongelación. El Capítulo 3 se llevó a cabo en España (Valencia) con la especie marina de alto valor comercial Dicentrarchus labrax (lubina europea). En este estudio, se comparó el plasma seminal natural con el diluyente sintético NAM, previamente establecido. Los resultados mostraron que el plasma seminal fue más eficaz en el mantenimiento de la motilidad y de los parámetros cinéticos durante el almacenamiento a 4 °C hasta 48 h y después de la criopreservación, aunque no se observaron diferencias significativas en la fragmentación de ADN en comparación con NAM. Esto sugiere que el plasma seminal natural aporta componentes bioquímicos esenciales, como iones y antioxidantes, ausentes en los diluyentes sintéticos, lo que lo confirma como una alternativa prometedora para optimizar los protocolos de conservación de semen en especies marinas. En conjunto, los tres capítulos enfatizan que el plasma seminal no es solo un medio de soporte, sino un elemento activo en la regulación de la motilidad y en la preservación de la integridad de los espermatozoides. La identificación de su composición iónica y bioquímica, junto con su aplicación en protocolos de criopreservación, impulsa el progreso en la acuicultura y en la conservación genética, ofreciendo alternativas más eficientes y sostenibles tanto para especies de agua dulce como marinas.
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Aunque muchos protocolos han avanzado, la mayoría sigue limitada al congelamiento y descongelamiento de los espermatozoides, sin considerar el papel del plasma seminal, un fluido que regula de forma natural la motilidad, proporciona protección antioxidante y mantiene la integridad celular. Por lo tanto, comprender y aprovechar las particularidades bioquímicas del plasma seminal puede ser fundamental para minimizar los efectos adversos del proceso criogénico y aumentar la eficacia de los métodos de conservación. Los experimentos descritos en los Capítulos 1 y 2 se realizaron en Brasil utilizando la especie neotropical de agua dulce Piaractus mesopotamicus (pacu), ampliamente cultivada en la acuicultura continental. El Capítulo 1 se centró en las asociaciones entre la composición iónica del plasma seminal y los parámetros cinéticos espermáticos. El análisis multivariado reveló correlaciones, como calcio con velocidad lineal (VSL) y glucosa con motilidad total. Estos hallazgos confirman el papel regulador de los iones y los compuestos orgánicos en la preservación de la funcionalidad espermática, demostrando que el plasma seminal no actúa solo como un medio, sino como un modulador activo de la calidad del semen. El Capítulo 2 abordó el desarrollo de un protocolo de criopreservación para P. mesopotamicus a partir del conocimiento previo de su semen. Se probaron diferentes soluciones extensoras formuladas de acuerdo con la composición iónica del plasma seminal. Entre ellas, el Tratamiento 3 se destacó por combinar valores más altos de velocidad con menores índices de fragmentación de ADN y mayores tasas de fertilización tras la descongelación. Esto resalta que la personalización de las soluciones extensoras según las propiedades bioquímicas del plasma seminal es esencial para minimizar el daño criogénico y optimizar la viabilidad espermática post-descongelación. El Capítulo 3 se llevó a cabo en España (Valencia) con la especie marina de alto valor comercial Dicentrarchus labrax (lubina europea). En este estudio, se comparó el plasma seminal natural con el diluyente sintético NAM, previamente establecido. Los resultados mostraron que el plasma seminal fue más eficaz en el mantenimiento de la motilidad y de los parámetros cinéticos durante el almacenamiento a 4 °C hasta 48 h y después de la criopreservación, aunque no se observaron diferencias significativas en la fragmentación de ADN en comparación con NAM. Esto sugiere que el plasma seminal natural aporta componentes bioquímicos esenciales, como iones y antioxidantes, ausentes en los diluyentes sintéticos, lo que lo confirma como una alternativa prometedora para optimizar los protocolos de conservación de semen en especies marinas. En conjunto, los tres capítulos enfatizan que el plasma seminal no es solo un medio de soporte, sino un elemento activo en la regulación de la motilidad y en la preservación de la integridad de los espermatozoides. La identificación de su composición iónica y bioquímica, junto con su aplicación en protocolos de criopreservación, impulsa el progreso en la acuicultura y en la conservación genética, ofreciendo alternativas más eficientes y sostenibles tanto para especies de agua dulce como marinas.[CA] La criopreservació d'esperma en peixos és una biotecnologia important per a l'aqüicultura i la conservació d'espècies, ja que permet l'emmagatzematge de gàmetes a llarg termini, els creuaments fora de temporada, el transport de material genètic i la preservació de la variabilitat genètica en poblacions silvestres i de cultiu. Encara que molts protocols han avançat, la majoria continua limitada a la congelació i descongelació dels espermatozoides, sense tindre en compte el paper del plasma seminal, un fluid que regula de manera natural la motilitat, proporciona protecció antioxidant i manté la integritat cel·lular. Per tant, comprendre i aprofitar les particularitats bioquímiques del plasma seminal pot ser fonamental per a minimitzar els efectes adversos del procés criogènic i augmentar l'eficàcia dels mètodes de conservació. Els experiments descrits als Capítols 1 i 2 es van realitzar al Brasil utilitzant l'espècie neotropical d'aigua dolça Piaractus mesopotamicus (pacu), àmpliament cultivada en l'aqüicultura continental. El Capítol 1 es va centrar en les associacions entre la composició iònica del plasma seminal i els paràmetres cinètics espermàtics. L'anàlisi multivariant va revelar correlacions, com ara el calci amb la velocitat lineal (VSL) i la glucosa amb la motilitat total. Estes troballes confirmen el paper regulador dels ions i els compostos orgànics en la preservació de la funcionalitat espermàtica, demostrant que el plasma seminal no actua només com un medi, sinó com un modulador actiu de la qualitat del semen. El Capítol 2 va abordar el desenvolupament d'un protocol de criopreservació per a P. mesopotamicus a partir del coneixement previ del seu semen. Es van provar diferents solucions extensoress formulades d'acord amb la composició iònica del plasma seminal. Entre elles, el Tractament 3 es va destacar per combinar valors més alts de velocitat amb menors índexs de fragmentació d'ADN i majors taxes de fecundació després de la descongelació. Açò ressalta que la personalització de les solucions extensoress segons les propietats bioquímiques del plasma seminal és essencial per a minimitzar el dany criogènic i optimitzar la viabilitat espermàtica post-descongelació. El Capítol 3 es va dur a terme a Espanya (València) amb l'espècie marina de gran valor comercial Dicentrarchus labrax (llobarro europeu). En este estudi, es va comparar el plasma seminal natural amb el diluent sintètic NAM, prèviament establit. Els resultats van mostrar que el plasma seminal va ser més eficaç en el manteniment de la motilitat i dels paràmetres cinètics durant l'emmagatzematge a 4 °C fins a 48 h i després de la criopreservació, encara que no es van observar diferències significatives en la fragmentació d'ADN en comparació amb NAM. Açò suggereix que el plasma seminal natural aporta components bioquímics essencials, com ara ions i antioxidants, absents en els diluents sintètics, i el confirma com una alternativa prometedora per a optimitzar els protocols de conservació de semen en espècies marines. En conjunt, els tres capítols destaquen que el plasma seminal no és només un medi de suport, sinó un element actiu en la regulació de la motilitat i en la preservació de la integritat dels espermatozoides. La identificació de la seua composició iònica i bioquímica, junt amb la seua aplicació en protocols de criopreservació, impulsa el progrés en l'aqüicultura i en la conservació genètica, oferint alternatives més eficients i sostenibles tant per a espècies d'aigua dolça com marines.[EN] Sperm cryopreservation in fish is an important biotechnology for aquaculture and species conservation, enabling long-term gamete storage, off-season crossings, genetic material transport, and the preservation of genetic variability in both wild and farmed populations. Although many protocols have advanced, most remain limited to the freezing and thawing of spermatozoa, without considering the role of seminal plasma a fluid that naturally regulates motility, provides antioxidant protection, and maintains cellular integrity. Thus, understanding and exploiting the biochemical particularities of seminal plasma may be crucial to minimize the adverse effects of the cryogenic process and to enhance the effectiveness of conservation methods. The experiments described in Chapters 1 and 2 were conducted in Brazil using the neotropical freshwater species Piaractus mesopotamicus (pacu), widely farmed in continental aquaculture. Chapter 1 focused on the associations between the ionic composition of seminal plasma and sperm kinetic parameters. Multivariate analysis revealed correlations such as calcium with linear velocity (VSL) and glucose with total motility. These findings confirm the regulatory role of ions and organic components in preserving sperm functionality, demonstrating that seminal plasma functions not merely as a medium, but as an active modulator of semen quality. Chapter 2 addressed the development of a cryopreservation protocol for P. mesopotamicus based on prior knowledge of its semen. Different extender solutions were tested, formulated according to the ionic composition of seminal plasma. Among them, Treatment 3 stood out, combining higher velocity values with lower DNA fragmentation and higher fertilization rates after thawing. This highlights that tailoring extender solutions to the biochemical properties of seminal plasma is essential for minimizing cryodamage and optimizing post-thaw sperm viability. Chapter 3 was conducted in Spain (Valencia) with the commercially valuable marine species Dicentrarchus labrax (European sea bass). In this study, natural seminal plasma was compared with the synthetic extender NAM, a previously established medium. Results showed that seminal plasma was more effective in maintaining motility and sperm kinetic parameters during storage at 4 °C for up to 48 h and after cryopreservation, although no significant differences were observed in DNA fragmentation compared with NAM. This suggests that natural seminal plasma provides essential biochemical components, such as ions and antioxidants, absent in synthetic extenders, confirming it as a promising alternative for optimizing semen conservation protocols in marine species. Taken together, the three chapters emphasize that seminal plasma is not merely a supportive medium, but an active element in regulating motility and preserving sperm integrity. Identifying its ionic and biochemical composition and applying it in cryopreservation protocols drive progress in aquaculture and genetic conservation, offering more efficient and sustainable alternatives for both freshwater and marine species.Agradeço ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), por meio do Edital 26/21 e do Processo nº 200577/2022-0, pela concessão da bolsa de Doutorado Sanduíche. Por fim, expresso minha sincera gratidão à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) - Programa de Excelência Acadêmica (PROEX), por meio do Processo nº 88887.660920/2022-00, e à Universidade Virtual de São Paulo (UNIVESP) pela concessão da bolsa, bem como às demais bolsas que viabilizaram a realização desta pesquisa.Universitat Politècnica de ValènciaAsturiano Nemesio, Juan FranciscoSilveira, Alexandre NinhausDepartamento de Ciencia AnimalInstituto Universitario de Ciencia y Tecnología AnimalEscuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio NaturalConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, BrasilCoordenaçao de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, BrasilRepositorio Institucional de la Universitat Politècnica de València Riunet20262026-01-2320252025-12-19doctoral thesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06AMhttp://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aainfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttps://riunet.upv.es/handle/10251/231882reponame:RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valénciainstname:Universitat Politècnica de València (UPV)InglésengCoordenaçao de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, Brasil https://doi.org/10.13039/501100002322 Programa de Excelência Acadêmica-PROEX 88887.660920%2F2022-00open accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Reserva de todos los derechoshttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:riunet.upv.es:10251/2318822026-06-13T07:49:27Z
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