Machine-learning methods applied to integrated transcriptomic data from bovine blastocysts and elongating conceptuses to identify genes predictive of embryonic competence

Early pregnancy loss markedly impacts reproductive efficiency in cattle. The objectives were to model a biologically relevant gene signature predicting embryonic competence for survival after integrating transcriptomic data from blastocysts and elongating conceptuses with different developmental capacities and to validate the potential biomarkers with independent embryonic data sets through the application of machine-learning algorithms. First, two data sets from in vivo-produced blastocysts competent or not to sustain a pregnancy were integrated with a data set from long and short day-15 conceptuses. A statistical contrast determined differentially expressed genes (DEG) increasing in expression from a competent blastocyst to a long conceptus and vice versa; these were enriched for KEGG pathways related to glycolysis/gluconeogenesis and RNA processing, respectively. Next, the most discriminative DEG between blastocysts that resulted or did not in pregnancy were selected by linear discriminant analysis. These eight putative biomarker genes were validated by modeling their expression in competent or noncompetent blastocysts through Bayesian logistic regression or neural networks and predicting embryo developmental fate in four external data sets consisting of in vitro-produced blastocysts (i) competent or not, or (ii) exposed or not to detrimental conditions during culture, and elongated conceptuses (iii) of different length, or (iv) developed in the uteri of high- or subfertile heifers. Predictions for each data set were more than 85% accurate, suggesting that these genes play a key role in embryo development and pregnancy establishment. In conclusion, this study integrated transcriptomic data from seven independent experiments to identify a small set of genes capable of predicting embryonic competence for survival

L- carnitina e ácido linoléico conjugado trans-10, cis12 na produção e criopreservação de embriões bovinos produzidos in vitro

High lipid content in embryo is associated with low freezing tolerance. This study assessed the effects of exogenous L-carnitine and trans-10, cis-12 (t10, c12) conjugated linoleic acid (CLA) on in-vitro development and cryotolerance of bovine embryos when added during different stages of in vitro production of embryos. For all experiments, embryos were produced in vitro using slaughterhouse cows oocytes. Cleavage rates on Day 3, blastocyst and advanced blastocyst (hatching/hatched blastocyst) formation rates on Day 7 were calculated from the total number of oocytes subjected to in vitro fertilization (IVF). Expanded blastocysts-stage embryos from each treatment were harvested on Day 7 and subjected to slow freezing. Embryo viability was assessed 24, 48 and 72 h after thawing. In experiment 1, fertilized oocytes were incubated with different L-carnitine concentrations (0.0, 0.75, 1.50 or 3.03 mM) in the presence or absence of fetal bovine serum (FBS). There was an improvement (P0.05) between the effects of L-carnitine and FBS supplementation on IVC on embryo development and cryosurvival. Although FBS supplementation had increased blastocyst development (P0.05) of L-carnitine supplementation on embryo cryotolerance, CLA showed a negative effect (P<0.05) on embryo cryosurvival when added during IVM. In conclusion, L-carnitine improved embryo cryosurvival viiiwhen added at 0.75 mM during IVC and CLA supplementation during IVM has a negative effect on post thaw embryo survival.O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da adição de L-carnitina, um acelerador do metabolismo lipídico, e ácido linoléico conjugado (trans-10, cis-12) em diferentes fases da produção in vitro de embriões sobre o desenvolvimento e criotolerância embrionária. Em todos os experimentos, embriões foram produzidos in vitro utilizando-se complexos cumulos-oócitos (CCO) provenientes de ovários coletados em abatedouro. Foram calculadas as taxas de clivagem (dia 3 do cultivo), taxa de formação de blastocistos expandidos e blastocistos em estágio avançado de desenvolvimento (dia 7 do cultivo) em função do total de CCO inseminados. Embriões em estágio de blastocisto expandido foram coletados de cada tratamento no dia 7 do cultivo in vitro e submetidos ao congelamento lento. Avaliou-se a taxa de reexpansão e eclosão embrionária 24, 48 e 72 h após o descongelamento em função do total de embriões descongelados. No experimento 1, oócitos fertilizados foram incubados em meio de cultivo contendo diferentes concentrações de L-carnitina (0,00; 0,75; 1,50 ou 3,03 mM) suplementado ou não com 5 % de soro fetal bovino (SFB). A adição de L-carnitina ao meio de cultivo na concentração de 1,5 mM melhorou a taxa de formação de blastocistos em estágio avançado de desenvolvimento quando comparado ao grupo controle (15,2±2,0 vs. 11,2±1,5; P<0,05). A L-carnitina também apresentou efeito positivo sobre a reexpansão embrionária 24 e 48 h pós-descongelamento quando adicionada na concentração de 0,75 e 3,03 mM (77,4±4,5; 80,1±4,0 e 75,0±5,5; 78,0±4,2 vs. 64,0±4,7; 67,4±4,7) ao meio de cultivo (P<0,05). Não houve interação entre os efeitos da adição de L-carnitina e SFB ao meio de cultivo embrionário. Apesar da suplementação do meio de cultivo com SFB ter melhorado o desenvolvimento embrionário (27,2±1,1 vs. 19,4±0,9; P<0,01), houve uma redução das taxas de reexpansão 24, 48 e 72 h pós-descongelamento (65,8±2,9; 67,8±2,8; 66,0±3,0 vs. 78,1±3,8; 81,4±3,0; 79,1±3,5; P<0,01). No experimento 2, os embriões foram cultivados em meio contendo L-carnitina (0,75 mM) ou ácido linoleíco conjugado (CLA – 100 mM) durante as primeiras 96 h, últimas 72 h ou durante todo o cultivo in vitro. A suplementação do meio de cultivo com L-carnitina ou CLA durante diferentes vifases do cultivo in vitro não afetou o desenvolvimento e a criotolerância embrionária. No experimento 3, avaliou-se o desenvolvimento e a crioresistência embrionária quando oócitos foram maturados em meio suplementado com L-carnitina (3.03 mM) e/ou CLA (100 mM). L-carnitina e CLA não afetaram o desenvolvimento embrionário quando adicionados ao meio de maturação. Apesar da L-carnitina não ter afetado a a taxa de reexpansão embrionária pós-descongelamento, o CLA apresentou efeito negativo sobre a eclosão embrionária 72h pós-descongelamento (53,3±3,6 vs. 65,1±4,3; P<0,05) quando adicionado ao meio de maturação oócitaria. Como conclusão, a L- carnitina melhora a criotolerância de embriões produzidos in vitro quando adicionada à concentração de 0,75 mM ao meio de cultivo embrionário. Já o CLA apresenta efeito negativo sobre a sobrevivência embrionária após o descongelamento quando adicionado ao meio de maturação oócitaria.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

Influence of corpus luteum and ovarian volume on the number and quality of bovine oocytes

In order to evaluate whether ovarian volume, presence and diameter of the corpus luteum (CL) have effects on the number and quality of bovine recovered oocytes, 110 ovaries were obtained from the slaughterhouse. Cumulus oocytes complex were aspirated and evaluated under stereomicroscope. Oocytes were counted and classified according to their quality (Grades I, II, III and IV). Ovarian volume was weakly correlated to the number of good quality oocytes (P < 0.05). Ovaries with CL showed greater numbers of good quality oocytes than ovaries without CL (P < 0.05). Further, presence of CL and its diameter positively influenced the probability of recovering good quality oocytes (P < 0.05). In conclusion, ovarian volume is not a good parameter itself to predict important ovarian characteristics; moreover, analysis of CL, its presence and diameter, may be a good tool to improve efficiency on in vitro embryo production programs