Male mutation bias and possible long-term effects of human activities.

The ability of a population to adapt to changing environments depends critically on the amount and kind of genetic variability it possesses. Mutations are an important source of new genetic variability and may lead to new adaptations, especially if the population size is large. Mutation rates are extremely variable between and within species, and males usually have higher mutation rates as a result of elevated rates of male germ cell division. This male bias affects the overall mutation rate. We examined the factors that influence male mutation bias, and focused on the effects of classical life-history parameters, such as the average age at reproduction and elevated rates of sperm production in response to sexual selection and sperm competition. We argue that human-induced changes in age at reproduction or in sexual selection will affect male mutation biases and hence overall mutation rates. Depending on the effective population size, these changes are likely to influence the long-term persistence of a population.

Efectes del fotoperíode sobre la qualitat espermàtica de mascles porcins Sus domesticus

En el presente estudio se analizan los efectos de los fotoperiodos ambientales de otoño e invierno y los fotoperiodos experimentales de 24, 12 y 0 horas de luz artificial sobre la calidad del semen de machos reproductores porcinos de raza Landrace. El estudio se realizó sobre 30 machos postpuberales de 8 meses de edad y testados con el fin de comprobar la homogeneidad. Los machos fueron distribuidos aleatóriamente en los 3 grupos de luz artificial durante 3 meses. El tratamiento de 12 horas de luz artificial fue considerado como grupo control. Previamente al inicio de cada tratamiento, se sometió a cada grupo de machos al fotoperiodo ambiental correspondiente a la época del año; así, se caracterizó también la calidad seminal en otoño e invierno, manteniendo la temperatura constante. La nave experimental que acogió a los machos tiene una superficie de 100 m2 y una altura de 3,5 m. Un pasillo central divide la nave en dos hileras de 5 y 6 celdas respectivamente. En una de las celdas pequeñas se instaló el maniquí y fue utilizada para las extracciones de semen. La iluminación artificial se consiguió con la instalación de 6 lámparas fluorescentes en el techo del pasillo central que proporcionaron una luz homogénea superior a 200 lux. Así mismo, la nave se mantuvo en todo momento a 21±1ºC y la humedad relativa osciló entre el 60-75%. A todos los verracos se les proporcionó una dieta nutritiva y equilibrada y se les sometió a un regimen de extracciones de semen de 2 veces por semana, habiendo sido previamente entrenados en la monta del maniquí. Les muestras de semen fueron recogidas según la técnica de la mano enguantada (Martín, 1982; Daza, 1992) y se analizaron los siguientes parámetros: el volumen y el pH seminales, la concentración, la vitalidad y la motilidad espermáticas, la resistencia acrosómica de los espermatozoides, la morfología espermàtica a partir de la frecuencia de los espermatozoides maduros, inmaduros y aberrantes, la producción testicular y el número de dosis seminales. Se analizó, además, bioquímicamente el plasma seminal al principio y al final de cada tratamiento experimental de luz artificial a partir de la concentración de proteína total, de la identificación de residuos fosforilados de proteína y del contenido de azúcares. También se determinaron los índices de fertilidad y prolificidad. El volumen y el pH de los eyaculados se utilizaron como marcadores del estado funcional de las glándulas sexuales accesorias; la concentración espermàtica como un indicador de la actividad testicular (Pinart y col., 1999). La vitalidad y la motilidad espermáticas fueron estimadores del grado de diferenciación del espermatozoide tanto a nivel testicular como epididimario; la resistencia acrosómica fue utilizada para valorar el nivel de diferenciación de la membrana acrosómica durante la espermiogénesis y/o maduración epididimària (Briz i col., 1996; Pinart i col., 1999). Referente a la morfología espermática, los espermatozoides inmaduros fueron marcadores de anomalías en la maduración de éstos a lo largo del conducto epididimario y los espermatozoides aberrantes se utilizaron como marcadores de una diferenciación defectuosa a nivel de testículo (anomalías primarias) y a nivel de conducto epididimario (anomalías secundarias) (Briz i col., 1996). La concentración de proteína total se utilizó para valorar la integridad funcional de las membranas del espermatozoide y la actividad de las glándulas sexuales accesorias. La identificación de proteínas con residuos de tirosina fosforilados fue un estimador de la viabilidad celular y la actividad de las glándulas sexuales, y el contenido de azúcares como un indicador de la producción de las vesículas seminales. La determinación del volumen y el pH de los eyaculados se realizó en las instalaciones de la granja a partir de semen fresco el mismo día de la extracción. El resto de parámetros se analizaron en el laboratorio durante las 48 horas posteriores a la extracción a partir de semen diluido en BTS (diluyente de Bestville) (Daza, 1992) y transportado y conservado a 15ºC. Las muestras fueron previamente filtradas con el fin de eliminar la tapioca. El estudio estadístico de los resultados obtenidos se realizó a partir del análisis de la varianza (ANOVA) con un nivel de significación de =0,05. En cuanto al estudio comparativo de los fotoperiodos ambientales estacionales se ha observado un incremento significativo del pH del eyaculado en los machos expuestos a otoño (P0,0001), mientras que el volumen seminal se mantiene en valores similares en ambos tratamientos (P=0,1650). La concentración espermàtica, la producción espermàtica y el número de dosis seminales que se pueden preparar a partir de un eyaculado se duplica en los verracos sometidos al fotoperiodo de primavera (P0,0001). La vitalidad y la motilidad espermáticas no experimentan cambios significativos entre tratamientos (P=0,3440 y P=0,9220, respectivamente). La resistencia osmótica de los acrosomas desciende únicamente en los machos expuestos a condiciones estacionales de otoño (P0,0001). En referencia a la morfología espermàtica aunque no se observan diferencias entre primavera y otoño (P0,05), sí se detecta un incremento de los porcentajes de espermatozoides inmaduros y aberrantes en ambos fotoperiodos estacionales, y en especial en los machos expuestos a condiciones fotoperiódicas de otoño. Según los resultados obtenidos en este estudio la calidad seminal de los verracos es inferior en el fotoperiodo de otoño debido a un descenso de la concentración y la producción espermáticas, un aumento del pH seminal, una disminución de la resistencia de la membrana acrosómica y a un incremento en la frecuencia de espermatozoides inmaduros y aberrantes. Parece ser, pues, que en el otoño tiene lugar la disminución de la producción testicular, cambios en la actividad de las glándulas sexuales accesorias y disfunciones en el proceso de diferenciación testicular y epididimària de los espermatozoides y especialmente del acrosoma. En relación a los resultados obtenidos en el estudio de los diferentes fotoperiodos artificiales se observa que la iluminación continua provoca un aumento significativo del volumen del eyaculado en el primer y segundo mes de tratamiento (P0,0001), disminuyendo en el tercer mes. La oscuridad absoluta no modifica este parámetro (P0,05). En cuanto al pH seminal la iluminación continua provoca un incremento progresivo del valor del pH a lo largo del periodo experimental (P0,0001), mientras que la oscuridad absoluta tiene un efecto más irregular. La exposición de los machos a iluminación continua y a oscuridad absoluta se manifiesta en un descenso de la concentración y la producción espermáticas que se mantiene hasta el segundo mes de tratamiento (P0,0001), observándose un incremento en el tercer mes de exposición de los machos a oscuridad absoluta (P=0,1010). De todas maneras, este descenso es mas severo en los machos sometidos a iluminación continua ya que no presentan recuperación. La vitalidad y la motilidad espermáticas no se ven alteradas por la iluminación continua y la oscuridad absoluta, ni tampoco el contenido de los azúcares mayoritarios del plasma seminal (P0,005). La glucosa aparece como un azúcar minoritario y sí que presenta concentraciones inferiores en los tratamientos experimentales de luz continua y de oscuridad absoluta (P0,0001 y P=0,0002, respectivamente). La resistencia osmótica de los acrosomas desciende en ambos tratamientos artificiales extremos de luz continua y oscuridad total (P0,0001), aunque en los machos expuestos a iluminación continua se produce una recuperación a partir del segundo mes de tratamiento (P=0,4930). Dado que tampoco se han observado diferencias significativas en las concentraciones de proteína total (P0,05), es probable que las anomalías de la membrana acrosómica se originen durante el proceso de espermiogénesis y/o maduración epididimària. La exposición de los verracos a oscuridad absoluta no altera la morfología espermàtica de los eyaculados, aunque se observa un aumento de la frecuencia de espermatozoides con anomalías en la forma de la cola en el primer mes (P0,0001), y un aumento de la frecuencia de espermatozoides inmaduros con gota distal y de espermatozoides con anomalías en el número de colas en el tercer mes de experimentación (P=0,0030 y P0,0001). La luz continua, sin embargo, provoca un incremento de la frecuencia de espermatozoides inmaduros con gota distal (P0,0001) y de espermatozoides con anomalías en la forma de la cola (P=0,0040) ya en el primer mes. El fotoperiodo provoca un descenso de la fertilidad de los machos expuestos a oscuridad absoluta en el tercer mes de tratamiento (P0,0001) y un incremento de ésta en los machos sometidos a iluminación continua (P=0,0005). La prolificidad no se ve modificada por ambas condiciones extremas de luz artificial (P0,05). Así pues, los resultados obtenidos demuestran que el fotoperiodo afecta la actividad testicular, provoca alteraciones en la actividad de las glándulas sexuales accesorias, altera el proceso de expulsión de la gota citoplasmática y provoca anomalías en el proceso de diferenciación de la cola tanto a nivel testicular como epididimario, siendo los verracos expuestos a luz continua más sensibles a estos parámetros que los verracos sometidos a oscuridad absoluta. El fotoperiodo, sin embargo, no altera de forma esencial la integridad de las membranas del espermatozoide ni la capacidad fecundante de éste.

Semen parameters, fertility and testosterone levels in male rats exposed prenatally to betamethasone

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Could zinc prevent reproductive alterations caused by cigarette smoke in male rats?

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

EFFECTS of DIURON on MALE RAT REPRODUCTIVE ORGANS: A DEVELOPMENTAL and POSTNATAL STUDY

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Epididymis-specific pathologic disorders in rats exposed to gossypol from weaning through puberty

Previous work in our laboratory revealed that the pubertal period of reproductive development in the male rat was particularly vulnerable to gossypol exposure, with a higher frequency of round structures in the lumen of the cauda epididymidis in the treated rats. Herein, we utilized hemicastration and electron microscopy to confirm that the epididymis is a definitive target of gossypol. Although exposure to gossypol from weaning through puberty caused a significant decrease in daily sperm production, as well as in the concentration of sperm in the epididymis, serum testosterone levels and reproductive organ weights were not altered. In gossypol treated rats, sperm morphology was compromised severely, but the epithelium in testis and epididymis appeared morphologically normal. Ultrastructural examination revealed that round structures, present only in gossypol exposed males, represented: (1) principal cells exfoliated from the epididymal epithelium; (2) epididymal epithelial cell cytoplasm containing degenerating sperm; and (3) degenerating epithelial cells, consisting of vesicles and particles of different sizes, forms and densities. Taken together, the data confirm that gossypol targets the epididymis, disturbing both the structure and function of this organ, and presumably disrupts sperm maturation.

Effects of the hydromethanolic extract of Austroplenckia populnea (Celastraceae) on reproductive parameters of male rats

Austroplenckia populnea (Reiss.) Lundell. was selected for this study because it has been shown that some plants from the Celastraceae family have antifertility effects. Twelve adult male rats were treated with hydromethanolic extract made from the leaves, 500 mg/kg/day, orally, for 70 days. Distilled water was administered to the control animals (n = 10). At the end of the experiment, and before killing the rats, their sexual behavior was evaluated. The number of intromissions, latencies to first mount and ejaculation, and first intromission after ejaculation were significantly reduced in the treated group, but the total number of ejaculations did not differ from the control group. The weight and histology of the reproductive organs, sperm production, spermatogenesis, prostate fructose content, cauda epidydimides duct diameter, and sperm morphology were not affected. Sperm concentration in cauda epidydimides was significantly decreased. The results showed that A. populnea has effects on male rat reproduction, affecting the sexual behavior and epididymal sperm concentration. (C) 2002 Elsevier B.V. All rights reserved.

Impairment of adult male reproductive function in rats exposed to ethanol since puberty

The objective of this work was to evaluate reproductive function in adult male rats exposed to ethanol since puberty. Male Wistar rats, 50 days old, received a liquid diet with 36% of the daily calories derived from ethanol or an isocaloric control diet for 55 days. The ethanol treatment impaired sexual behavior and only 22% of these rats reached ejaculation. The fertility of ethanol-treated animals was significantly reduced, mainly after natural mating. Serum testosterone levels, daily sperm production and sperm count in the epididymis were also significantly diminished after ethanol treatment, associated with an acceleration of the sperm transit time in the cauda epididymidis, decrease in sperm motility and increased percentage of abnormal shaped sperm cells. The results showed that chronic consumption of ethanol beginning at puberty impairs the reproductive function of adult male rats. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Reproductive and sexual behavior changes in male rats exposed perinatally to picrotoxin

Previous studies in rats suggested that picrotoxin, a GABA(A) receptor antagonist, may cause long-term changes in male reproductive physiology and behavior in rats exposed during prenatal and postnatal periods. The present study has further examined this phenomenon. Wistar rat dams were dosed subcutaneously with 0.75 mg/kg picrotoxin in saline, or vehicle alone, during the perinatal period (day 19 of gestation, immediately after parturition, and once a day during the first 5 days of lactation). Birth weight and sexual maturation of pups were unchanged; however, plasma testosterone levels and sexual behavior was altered in male offspring. Although fertile, these males showed altered mating behavior in terms of a decrease in the mean number of mounts during a 30-min observation period with normal females. Some showed homosexual behavior when castrated and pretreated with exogenous estrogen. These findings suggest that perinatal exposure to picrotoxin alters sexual dimorphism in the developing rat brain, manifesting as altered reproductive performance and sexual behavior of males. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Copulatory efficiency and fertility in male rats exposed perinatally to flutamide

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Reproductive effects in male rats exposed to diuron

Diuron is a ureic herbicide considered to have very low toxicity. The present study evaluated several aspects of reproductive toxicity of diuron in adult male rats. Diuron was diluted in corn oil and administered by oral gavage to groups of 18-20 rats at doses of 0, 125 or 250 mg/kg per day for 30 days; the control group received only the corn oil vehicle. At the end of the treatment period, approximately half the animals from each group were assigned to one of two terminal assessment lines: (1) reproductive organ, liver and kidney weights; measurement of diuron concentrations in liver and kidney; plasma testosterone determinations; evaluation of daily sperm production per testis; sperm number and sperm transit time in the epididymis; or (2) sexual behavior assessment during cohabitation with a receptive female; fertility and pregnancy outcome after natural mating; testicular, epididymal, kidney and liver histopathology; sperm morphology. After 30 days of oral diuron treatment, there were no treatment-related changes in body weights, but dose-related diuron residues were detected in the liver of all treated rats and absolute and relative liver weights were increased in both groups. There were no statistically significant differences between the treated and control groups obtained in plasma testosterone concentrations, or in parameters of daily sperm production, sperm reserves in the epididymis, sperm morphology or measured components of male sexual behavior. on the other hand, the number of fetuses in the litters from diuron-treated rats was slightly smaller than litters from control rats. Therefore, although the results did not indicate that diuron exposure resulted in direct male reproductive toxicity in the rat, they suggest that additional studies should be undertaken to investigate the possible effects on fertility and reproductive performance. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effects of methylmercury on male reproductive functions in Wistar rats

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Maternal exposure to aqueous extract of Jacaranda decurrens: Effects on reproductive system in male rats

Context: Jacaranda decurrens subsp. symmetrifoliolata Farias & Proenca (Bignoniaceae) is a species widely used for their medicinal properties. At least to our known, no study has been conducted concerning its toxicological profile after gestational and lactational exposure.Objective: The present study was carried out to evaluate the effects of J. decurrens on development of the reproductive system in male rats.Materials and methods: Pregnant rats were treated daily (gavage) with 250 or 500 mg/kg/day of aqueous extract of J. decurrens or vehicle, from day 12 of pregnancy to day 21 of lactation.Results and Discussion: Both doses of J. decurrens significantly anticipated (p < 0.05) the age of testicular descent to the scrotum, a parameter indicative of puberty initiation. Furthermore, at puberty, there was a significant reduction (p < 0.05) in testicular and epididymis weights in the offspring exposed to the higher dose of extract, without effect on sperm production and the histology of reproductive organs. on the other hand, at adulthood, the reproductive parameters analyzed did not differ among groups.Conclusions: J. decurrens, in this experimental model, interfered with the initial development of the reproductive system, but without lasting effects on sperm production in adulthood.

Morphometric-stereological and functional epididymal alterations and a decrease in fertility in rats treated with finasteride and after a 30-day post-treatment recovery period

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Effects of Gestational and Lactational Fenvalerate Exposure on Immune and Reproductive Systems of Male Rats

The aim of this study was to determine the consequent reproductive developmental and immunotoxic effects due to exposure to fenvalerate during pregnancy and lactation in male offspring of maternal-treated rats. Pregnant rats were treated daily by oral gavage with 40 or 80 mg/kg of fenvalerate or corn oil (vehicle, control), from d 12 of pregnancy to d 21 of lactation. Immune and reproductive developmental effects were assessed in male offspring at postnatal days (PND) 40 (peripuberty), 60 (postpuberty), and 90 (sexual maturity). Treatment with the higher dose (80 mg/kg) resulted in convulsive behavior, hyperexcitability, and mortality in 45% of the dams. Fenvalerate was detected in the fetus due to placental transfer, as well as in pups due to breast-milk ingestion, persisting in male offspring until PND 40 even though pesticide treatment was terminated on PND 20. However, fenvalerate did not produce marked alterations in age of testicular descent to the scrotum and prepucial separation, parameters indicative of puberty initiation. In contrast, at puberty, there was a reduction in testicular weight and sperm production in male offspring of maternal-treated rats. At adulthood, the sperm counts and fertility did not differ between control and treated groups. Testosterone levels were not changed at any time during reproductive development. Similarly, no apparent exposure-related effects were detected in the histological structures of the lymphohematopoietic system. Data indicate that fenvalerate, in this experimental model, interfered with initial development of the male reproductive system, but that these effects on sperm production or fertility did not persist into adulthood. There was no apparent evidence that fenvalerate altered testosterone levels or produced a disruption in male endocrine functions.