[Article Snippet – Heat stress 3] Sử dụng cấy truyền phôi để làm giảm tác động tới sinh sản gây ra bởi stress nhiệt
Tác giả: Pietro S. Baruselli et al.,
Ngày đăng online: 2 tháng 6 năm 2020
===== Tóm tắt (lược dịch)
Stress nhiệt (heat stress – HS) gây thiệt hại nặng nề đối với khả năng sinh sản của đàn bò sữa trên khắp thế giới, đặc biệt trong những tháng nóng và ẩm ở khu vực nhiệt đới hay cận nhiệt đới. HS mùa hè làm giảm thu nhận thức ăn (feed intake) và trầm trọng thêm trạng thái cân bằng năng lượng âm (negative energy balance), gây ra những thay đổi trong động lực học nang trứng (ovarian follicular dynamics), giảm tỷ lệ phát hiện động dục và thay đổi chức năng ống dẫn trứng, khiến cho quá trình thụ tinh thất bại và phôi chết ở giai đoạn sớm. Hơn nữa, tế bào trứng thu từ các bò ở trạng thái HS mùa hè có khả năng phát triển tới giai đoạn phôi nang trong quy trình thụ tinh in vivo (in vivo fertilization) kém hơn so với các tế bào trứng thu vào mùa đông. Báo cáo này mô tả ảnh hưởng tiêu cực của HS đối với sinh sản, nhấn mạnh vào giai đoạn tế bào trứng trước khi rụng (preovulatory oocyte) và hiệu ứng tồn đọng (carry-over effect) của HS đối với sự phát triển của phôi và P/AI. Cấy truyền phôi (embryo transfer – ET) là một công cụ hiệu quả giúp nâng cao khả năng sinh sản trong HS, do bỏ qua giai đoạn nhạy cảm của tế bào trứng và phôi giai đoạn đầu với tác động từ nhiệt độ cao. Do đó, một chiến lược quản lý để duy trì khả năng sinh sản cao quanh năm nên tập trung vào sản xuất phôi trong các tháng lạnh, khi chất lượng phôi cao hơn, và sử dụng chúng để giúp con vật mang thai trong giai đoạn HS, khi chất lượng tế bào trứng giảm. Tuy nhiên, chiến lược này chỉ có thể thực hiện bằng việc sử dụng phôi đông lạnh, quy trình vẫn còn nhiều hạn chế cho tới nay. Trong những tháng mùa hè, việc sử dụng bò tơ hoặc bò ngoài chu kỳ sữa (non-lactating cows) để làm con cho (donor) tế bào trứng hoặc phôi có thể hỗ trợ quá trình sản xuất phôi, chủ yếu bởi vì tác động của HS đối với nhóm bò này ít trầm trọng hơn so với bò đang tiết sữa. Ngoài ra, việc chọn lọc di truyền đối với các bò cho có khả năng điều hoà thân nhiệt cũng là một phương án giúp hạn chế tác động của HS và tăng khả năng sản xuất phôi trong các tháng nóng. Những thay đổi này cho phép việc cấy truyền phôi tươi (fresh embryo) với hiệu quả cao hơn trong giai đoạn HS. Hơn nữa, việc ứng dụng các công thức cấy truyền phôi cố định thời gian (timed ET protocol), không cần phát hiện động dục ở bò nhận (recipients), giúp hỗ trợ quy trình quản lý và nâng cao hiệu quả ET trong giai đoạn HS.
===== Tổng hợp nội dung theo từng phần
I. Giới thiệu
Stress nhiệt làm giảm năng suất và hiệu quả sinh sản của đàn bò sữa. Ước tính có khoảng 60% đàn bò trên thế giới chịu ảnh hưởng bởi HS, và riêng tại Mỹ thiệt hại hàng năm do HS gây ra khoảng 1 tỷ đô la. Tỷ lệ có chửa trên lần thụ tinh nhân tạo (P/AI) giảm từ 40 – 60% vào các tháng mùa đông xuống còn 10 – 20% vào các tháng mùa hè, phụ thuộc vào mức độ trầm trọng của HS. Nguyên nhân của sự sụt giảm này có thể liên quan tới sự thật là tế bào trứng và phôi ở giai đoạn đầu đặc biệt nhạy cảm với HS.
Cấy truyền phôi (embryo transfer) là một công nghệ hỗ trợ sinh sản được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp bò khắp thế giới, giúp tối ưu hoá hiệu quả chọn lọc di truyền. Hơn nữa, ET còn giúp hạn chế những tác động của HS đối với khả năng sinh sản, do đảm bảo chất lượng phôi trong giai đoạn nhạy cảm với HS (giảm dần từ ngày 3 trở đi)
II. Tác động của HS với chất lượng tế bào trứng và khả năng sinh sản
Giảm khả năng sinh sản trên các bò đang tiết sữa (lactating cows) trong giai đoạn HS là một vấn đề đa nhân tố (multifactorial problem). Trong mùa hè, sự giảm thu nhận thức ăn diễn ra khiến cho cân bằng năng lượng bị ảnh hưởng, cùng với rối loạn trong hoạt động của trục tuyến yên – tuyến dưới đồi – buồng trứng (hypothalamus – hypophyseal – ovarian axis), khiến cho khả năng sinh sản suy giảm.
Bên cạnh đó, HS còn ảnh hưởng tới hoạt động tế bào của nhiều mô bào trong hệ sinh sản, dẫn tới rối loạn động lực học nang trứng, kéo dài pha trội của nang trứng, nhiều hơn một nang trứng trội, giảm tỷ lệ thụ tinh,…
Trong điều kiện môi trường nhiệt đới, số lượng tế bào trứng/phôi hình thành sau khi gây siêu bài noãn (superovulation – SOV), tỷ lệ thụ tinh (fertilization rate), phần trăm phôi có thể cấy truyền (percentage of transferable embryos), và phần trăm phôi có thể đông lạnh (percentage of freezable embryos) trong mùa hè thấp hơn so với mùa lạnh.
Hiệu ứng tồn đọng của HS được quan sát ở các tế bào trứng in vitro giảm khả năng cạnh tranh để phát triển thành phôi nang trong ít nhất 105 ngày kể từ khi kết thúc HS. Sự xuất hiện của tác động này khiến cho chất lượng tế bào trứng bị suy giảm và cần thời gian dài để phục hồi, phụ thuộc theo mức độ nghiêm trọng của HS mà con vật đã trải qua.
III. Khả năng sinh sản sau khi cấy truyền phôi ở giai đoạn HS
ET là một công cụ hiệu quả giúp tăng khả năng sinh sản trong giai đoạn HS bởi vì tránh được những tổn thương tới tế bào trứng và phôi giai đoạn sớm gây ra bởi sự tăng thân nhiệt. Nguyên lý cho việc này dựa trên sự ghi nhận về những tác động nghiêm trọng nhất của HS đối với tế bào trứng diễn ra trong giai đoạn hình thành nang trứng (folliculogenesis) hoặc giai đoạn phân chia ban đầu của phôi; và khi phôi có thể cấy truyền ở giai đoạn phôi dâu hoặc phôi nang, chúng đã có khả năng đề kháng với sự tăng nhiệt độ.
Các nghiên cứu so sánh tỷ lệ có chửa trên bò được cấy truyền phôi và thụ tinh nhân tạo cho thấy tỷ lệ có chửa trên lần cấy truyền phôi (P/ET) cao hơn P/AI trong suốt cả năm, đặc biệt vào những tháng nóng.
IV. Stress nhiệt và sản xuất phôi từ bò sữa cho
Sáu yếu tố cần quan tâm để đánh giá hiệu quả sản xuất phôi từ bò sữa cho trong các tháng HS bao gồm: tác động của HS đối với khả năng sản xuất phôi; loại bò cho (bò tơ, đang tiết sữa hay ngoài chu kỳ sữa), đặc điểm di truyền về khả năng kháng HS của bò cho, kỹ thuật sản xuất phôi sử dụng (in vivo hay in vitro); phương pháp bảo quản phôi (tươi hay đông lạnh) và dạng tinh trùng sử dụng (thường quy hay giới tính).
VI. Cấy truyền phôi trên bò sữa nhận
HS làm gia tăng phần trăm bò (1) giảm độ dài chu kỳ động dục (< 21 ngày); (2) thời gian không chu kỳ kéo dài hơn (P4 <1 ng/mL); (3) giảm biểu hiện hành vi động dục; và (4) tăng tỷ lệ không phát hiện động dục, khiến cho việc sử dụng các phác đồ gây đồng pha thông thường trên bò nhận gặp nhiều khó khăn. Hơn nữa, bò nhận với thân nhiệt cao có ít khả năng mang thai hơn, trong khi khả năng mất phôi/thai lại tăng cao.
May mắn rằng, việc áp dụng các công thức cấy phôi cố định thời gian (timed embryo transfer – TET), dựa trên việc điều chỉnh động lực học nang trứng và thể vàng, khiến cho việc phát hiện động dục trở nên không cần thiết nữa.
Hình 1. Tỷ lệ thụ tinh (fertilization rate), phôi có thể cấy (rate of transferable embryos) và phôi có thể đông lạnh (rate of freezable embryo) sản xuất trong điều kiện in vivo trên bò Holstein ở mùa nóng và mùa lạnh. Dữ liệu từ 938 lần gây siêu bài noãn trong mùa lạnh và 624 lần trong mùa nóng.
Hình 2. Tỷ lệ phôi nang (blastocyst rate) hình thành bảy ngày sau khi thụ tinh in vitro ở các nhóm bò Holstein khác nhau được sử dụng làm con cho tế bào trứng trong mùa đông và mùa hè. Cụ thể, bò tơ (n = 244 và 150, lần lượt); bò sinh sản thường ở đỉnh sữa (PL; n = 191 và 103, lần lượt); bò thụ tinh nhiều lần không có chửa (Repeat-breeder cows – RB; n = 413 và 177, lần lượt). Tương tác giữa mùa vụ – nhóm bò ( P < 0.0001); giá trị trung bình (± SEM) trong mùa vụ (a = b = c) và trong nhóm bò (*) khác biệt (P < 0.0001).
Hình 3. Tỷ lệ có chửa (conception rates) sau khi thụ tinh nhân tạo (P/AI, màu đen) và cấy phôi (P/ET, màu ghi) trên bò sữa Holstein quanh năm: (A) bò sinh sản bình thường (AI = 18 568; ET = 4871) và (B) bò phối nhiều lần không có chửa ( 4 lần, AI = 5693, ET = 3858)
Hình 4. Tỷ lệ có chửa (P/AI và P/ET) và tỷ lệ mất phôi/thai (từ ngày 30 tới 60 của thai kỳ) trên bò sữa Holstein được thụ tinh nhân tạo (n = 19 112) hoặc cấy phôi (n = 5364) trong mùa nóng (màu xám) và mùa lạnh (màu đen).
TS Vương Tuấn Phong
Nhật Bản