Szarvasmarha in vitro embrió-előállító rendszer létrehozása ku-tatási modellkísérletek számára – módszertani ismertető

Katalin Nagy; Alexandra Tokár; Lilla Sándorová; Elen Gócza; Zoltán Zomborszky; Viktor Stéger; Miklós Szabari; Péter Póti; Szilárd Bodó

doi:10.17205/aweth.7060

Authors

Katalin Nagy Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Állattenyésztési Tudományok Intézet, Állattenyésztés-technológiai és Állatjólléti Tanszék, 2100 Gödöllő, Páter Károly u. 1. és Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Állattenyésztési Tudományok Intézet, Precíziós Állattenyésztési és Állattenyésztési Biotechnika Tanszék, 7400 Kaposvár, Guba Sándor u. 40. és Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Szaporodásbiológiai, Embriológiai és Génmegőrzési Kutatócsoport, 2100 Gödöllő, Páter Károly u. 1. , Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Institute of Animal Sciences, Department of Animal Husbandry and Animal Welfare, 2100 Gödöllő, Páter Károly 1. and Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Institute of Animal Sciences, Department of Precision Livestock Farming and Animal Biotechnics, 7400 Kaposvár, Guba Sándor 40. and Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Reproduction, Embryology and Gene Conservation Research Group, 2100 Gödöllő, Páter Károly 1. https://orcid.org/0000-0002-3945-4582 (unauthenticated)
Alexandra Tokár Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Állattenyésztési Tudományok Intézet, Precíziós Állattenyésztési és Állattenyésztési Biotechnika Tanszék, 7400 Kaposvár, Guba Sándor u. 40. és Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Szaporodásbiológiai, Embriológiai és Génmegőrzési Kutatócsoport, 2100 Gödöllő, Páter Károly u. 1. , Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Institute of Animal Sciences, Department of Precision Livestock Farming and Animal Biotechnics, 7400 Kaposvár, Guba Sándor 40. and Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Reproduction, Embryology and Gene Conservation Research Group, 2100 Gödöllő, Páter Károly 1.
Lilla Sándorová Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Szaporodásbiológiai, Embriológiai és Génmegőrzési Kutatócsoport, 2100 Gödöllő, Páter Károly u. 1. és Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Genetika és Biotechnológia Intézet, Genetika és Genomika Tanszék, 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert u. 4. , Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Reproduction, Embryology and Gene Conservation Research Group, 2100 Gödöllő, Páter Károly 1. and Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Institut of Genetics and Biotechnology, Department of Genetics and Genomics, 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi 4.
Elen Gócza Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Genetika és Biotechnológia Intézet, Állatbiotechnológia Tanszék, 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert utca 4. , Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Institut of Genetics and Biotechnology, Department of Animal Biotechnology, 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi 4. https://orcid.org/0000-0001-7720-4720 (unauthenticated)
Zoltán Zomborszky 9-élet Állatorvosi Rendelő, 7400 Kaposvár, Németh István fasor 56. , 9-life Veterinary Clinic, 7400 Kaposvár, Németh István 56.
Viktor Stéger Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Genetika és Biotechnológia Intézet, Genetika és Genomika Tanszék, 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert u. 4. , Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Institut of Genetics and Biotechnology, Department of Genetics and Genomics, 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi 4. https://orcid.org/0000-0001-8765-1735 (unauthenticated)
Miklós Szabari Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Állattenyésztési Tudományok Intézet, Precíziós Állattenyésztési és Állattenyésztési Biotechnika Tanszék, 7400 Kaposvár, Guba Sándor u. 40. , Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Institute of Animal Sciences, Department of Precision Livestock Farming and Animal Biotechnics, 7400 Kaposvár, Guba Sándor 40. https://orcid.org/0000-0002-1714-3708 (unauthenticated)
Péter Póti Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Állattenyésztési Tudományok Intézet, Állattenyésztés-technológiai és Állatjólléti Tanszék, 2100 Gödöllő, Páter Károly u. 1. , Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Institute of Animal Sciences, Department of Animal Husbandry and Animal Welfare, 2100 Gödöllő, Páter Károly 1.
Szilárd Bodó Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Állattenyésztési Tudományok Intézet, Precíziós Állattenyésztési és Állattenyésztési Biotechnika Tanszék, 7400 Kaposvár, Guba Sándor u. 40. és Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Szaporodásbiológiai, Embriológiai és Génmegőrzési Kutatócsoport, 2100 Gödöllő, Páter Károly u. 1. , Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Institute of Animal Sciences, Department of Precision Livestock Farming and Animal Biotechnics, 7400 Kaposvár, Guba Sándor 40. and Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Reproduction, Embryology and Gene Conservation Research Group, 2100 Gödöllő, Páter Károly 1. https://orcid.org/0000-0001-7229-2514 (unauthenticated)

DOI:

https://doi.org/10.17205/aweth.7060

Keywords:

bovine, in vitro embryo production, in vitro model system

Abstract

Thanks to 40 years of uninterrupted development, in vitro embryo production (IVEP) plays an increasingly important role in cattle breeding worldwide. Advances in oocyte retrieval, fertilisation in the laboratory, embryo culture, cryopreservation and the laboratory environment have enabled millions of genetically valuable embryos to be produced. In addition to its practical applications, in vitro embryo production (IVEP) provides a basic model environment for a wide range of research. It can be used to model the early gestation period and to study the environmental factors of embryo development, thus answering questions that concern both scientists and practitioners. The design of an embryo production system that delivers reliable results requires the optimisation of many technological steps. Over the past year, the authors have succeeded in developing a well-functioning system for successful bovine embryo production, making it suitable for educational and research purposes. In this communication, the authors describe the development of the system from its inception, its successes and difficulties, and report on the success of the 31 IVEP programmes. On average, 69% of fertilized oocytes cleave and 23.4% develop to an implantable blastocyst, making the system suitable for ovum pick-up (OPU) IVEP programmes.

Author Biography

Katalin Nagy, Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Állattenyésztési Tudományok Intézet, Állattenyésztés-technológiai és Állatjólléti Tanszék, 2100 Gödöllő, Páter Károly u. 1. és Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Állattenyésztési Tudományok Intézet, Precíziós Állattenyésztési és Állattenyésztési Biotechnika Tanszék, 7400 Kaposvár, Guba Sándor u. 40. és Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Szaporodásbiológiai, Embriológiai és Génmegőrzési Kutatócsoport, 2100 Gödöllő, Páter Károly u. 1., Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Institute of Animal Sciences, Department of Animal Husbandry and Animal Welfare, 2100 Gödöllő, Páter Károly 1. and Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Institute of Animal Sciences, Department of Precision Livestock Farming and Animal Biotechnics, 7400 Kaposvár, Guba Sándor 40. and Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Reproduction, Embryology and Gene Conservation Research Group, 2100 Gödöllő, Páter Károly 1.

corresponding author

References

Bittner, L., Wyck, S., Herrera, C., Siuda, M., Wrenzycki, C., van Loon, B., Bollwein, H. (2018): Negative effects of oxidative stress in bovine spermatozoa on in vitro development and DNA integrity of embryos. Reproduction, Fertility and Development, 30, 1359–1368. https://doi.org/10.1071/RD17533

Bousquet, D., Twagiramungu, H., Morin, N., Brisson, C., Carboneau, G., Durocher, J. (1999): In vitro embryo production in the cow: an effective alternative to the conventional embryo production approach. Theriogenology, 51, 59–70. https://doi.org/10.1016/S0093-691X(98)00231-3

Brackett, B. G., Bousquet, D., Boice, M. L., Donawick, W. J., Evans, J. F., Dressel, M. A. (1982): Normal development following in vitro fertilization in the cow. Biology of Reproduction, 27, 147–158. https://doi.org/10.1095/biolreprod27.1.147

Cairo Consensus Group (2018): ‘There is only one thing that is truly important in an IVF laboratory: everything’ Cairo Consensus Guidelines on IVF Culture Conditions. Reproductive BioMedicine Online, 40, 33–60. https://doi.org/10.1016/j.rbmo.2019.10.003

Ferré, L. B., Kjelland, M. E., Strøbech, L. B., Hyttel, P., Mermillod, P., Ross, P. J. (2020): Review: Recent advances in bovine in vitro embryo production: reproductive biotechnology history and methods. Animal, 14, 991–1004. https://doi.org/10.1017/S1751731119002775

Greve, T., Madison, V. (1991): In vitro fertilization in cattle: a review. Reproduction, Nutrition and Development, 31, 147–157. https://doi.org/10.1051/rnd:19910205

Hallberg, I., Kjellgren, J., Persson, S., Örn, S., Sjunnesson, Y. (2019): Perfluorononanoic acid (PFNA) alters lipid accumulation in bovine blastocysts after oocyte exposure during in vitro maturation. Reproductive Toxicology, 84, 1–8. https://doi.org/10.1016/j.reprotox.2018.11.005

Halstead, M. M., Ma, X., Zhou, C., Schultz, R. M., Ross, P. J. (2020): Chromatin remodeling in bovine embryos indicates species-specific regulation of genome activation. Nature Communications, 11, 4654. https://www.nature.com/articles/s41467-020-18508-3

Hansen, P. J. (2006): Realizing the promise of IVF in cattle - an overview. Theriogenology, 65, 119–125. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2005.09.019

Hawke, D. C., Watson, A. J., Betts, D. H. (2021): Extracellular vesicles, microRNA and the preim-plantation embryo: non-invasive clues of embryo well-being. Reproductive Biomedicine Online, 42, 39–54. https://doi.org/10.1016/j.rbmo.2020.11.011

Isaac, E., Berg, D. K., Pfeffer, P. L. (2024): Using extended growth of cattle embryos in culture to gain insights into bovine developmental events on embryonic days 8 to 10. Theriogenology, 214, 10–20. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2023.10.004

Jiang, Z. (2024): Molecular and cellular programs underlying the development of bovine preimplantation embryos. Reproduction, Fertility and Development, 36, 34–42. https://doi.org/10.1071/RD23146

Langbeen, A. N., Hannelore, F. M. D., Bartholomeus, E., Jo, L. M. R. L., Peter, E. J. B. (2015): Bovine in vitro reproduction models can contribute to the development of (female) fertility preservation strategies. Theriogenology, 84, 477–489. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2015.04.009

Lange-Consiglio, A., Lazzari, B., Pizzi, F., Idda, A., Cremonesi, F., Capra, E. (2020): Amniotic microvesicles impact hatching and pregnancy percentages of in vitro bovine embryos and blastocyst microRNA expression versus in vivo controls. Scientific Reports, 10, 501. https://doi.org/10.1038/s41598-019-57060-z

Lopera-Vasquez, R., Hamdi, M., Maillo, V., Gutierrez-Adan, A., Bermejo-Alvarez, P., Ramírez, M. Á., Yáñez-Mó, M., Rizos, D. (2017): Effect of bovine oviductal extracellular vesicles on embryo development and quality in vitro. Reproduction, 153, 461–470. https://doi.org/10.1530/REP-16-0384

Menezo, Y. J., Herubel, F. (2002): Mouse and bovine models for human IVF. Reproductive Biomedicine Online, 4, 170–175. https://doi.org/10.1016/s1472-6483(10)61936-0

Menjivar, N. G., Gad, A., Gebremedhn, S., Ghosh, S., Tesfaye, D. (2023): Granulosa cell-derived extracellular vesicles mitigate the detrimental impact of thermal stress on bovine oocytes and embryos. Frontiers in Cell Developmental Biology, 11, 1142629. https://doi.org/10.3389/fcell.2023.1142629

Pinzón-Arteaga, C. A., Wang, Y., Wei, Y., Ribeiro Orsi, A. E., Li, L., Scatolin, G., Liu, L., Sakurai, M., Ye, J., Ming, H., Yu, L., Li, B., Jiang, Z., Wu, J. (2023): Bovine blastocyst-like structures derived from stem cell cultures. Cell Stem Cell, 30, 611–616, e7 https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.04.003

Sirard, M. A. (2018a): The influence of in vitro fertilization and embryo culture on the embryo epigenetic constituents and the possible consequences in the bovine model. Journal of Developmental Origins of Health and Disease, 8, 411–417. https://doi.org/10.1017/s2040174417000125

Sirard, M. A. (2018b): 40 years of bovine IVF in the new genomic selection context. Reproduction and Fertility, 156, R1–R7. https://doi.org/10.1530/rep-18-0008

Sirard, M. A., Lambert, R. D. (1986): Birth of calves after in vitro fertilisation using laparoscopy and rabbit oviduct incubation of zygotes. Veterinary Record, 119, 167–169. https://doi.org/10.1136/vr.119.8.167

Sirard, M. A., Parrish, J. J., Ware, C. B., Leibfried-Rutledge, M. L., First, N. L. (1988): The culture of bovine oocytes to obtain developmentally competent embryos. Biology of Reproduction, 39, 546–552. https://doi.org/10.1095/biolreprod39.3.546

Speckhart, S. L., Wooldridge, L. K., Ealy, A. D. (2023): An updated protocol for in vitro bovine embryo production. Cell Press STAR Protocols 4, 101924. https://doi.org/10.1016/j.xpro.2022.101924