Effects of nano-Selenium and Sodium Selenite on serum Selenoprotein P and GPx content in male broiler breeders

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی اهر، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.

2 گروه مامایی و طیور، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 گروه مامایی و طیور، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه ارومیه. ارومیه، ایران.

4 گروه بیماریهای درونی و کلینیکال پاتولوژی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.

5 گروه مامایی و طیور، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه ارومیه،ارومیه، ایران.

چکیده

یکی از عوامل مهم تأثیرگذار در میزان جوجه‌درآوری به عنوان شاخص مهم در عملکرد گله‌های مولّد مسئله باروری است. خروس‌ها به عنوان یک طرف مسئله باروری نقش زیادی در این امر دارند و پیری باعث کاهش باروری آنها می‌شود. سیستم‌های زیستی در موجودات زنده نظیر حیوانات به صورت مداوم تحت تأثیر رادیکالهای آزاد تولید شده در فعالیتهای متابولیک بدن می‌باشد. مشخص شده است که بخش فسفولیپیدی اسپرماتوزوآی پرندگان مقادیر بالایی از اسیدهای چرب غیراشباع (PUFA) دارد و این اسیدهای چرب حساسیت بالایی در مقابل رادیکالهای آزاد دارند. در سیر تکاملی موجودات زنده جهت مقابله با گونه‌های فعال اکسیژن (ROS)، مکانیسمهای حمایت‌کننده آنتی‌اکسیدانی ویژه‌ای توسعه یافته است. به همین جهت حضور آنتی‌اکسیدان‌های طبیعی به عنوان یک عامل اصلی آنها را قادر به زنده ماندن در یک محیط غنی از اکسیژن می‌کند. جهت نگهداری قابلیت زنده‌مانی اسپرم، سیستم دفاع آنتی‎اکسیدانی مسئله مهمی است که در مایع منی پرندگان این سیستم شامل آنتی‌اکسیدان‌های طبیعی همراه با آنزیمهایی است که خصوصیات آنتی‌اکسیدانی دارند که آنزیمهایی نظیر گلوتاتیون پراکسیداز (GPx) و سلنوپروتئین P (SEPP1) از اسپرم در مقابل رادیکالهای آزاد و متابولیتهای مخرّب آنها محافظت می‌نمایند. آنتی‌اکسیدان‌هایی نظیر ویتامین E و سلنیوم نقش عمده‌ای در تولیدمثل پرندگان دارند. برای رسیدن به عملکرد تولیدمثلی خوب در طیور صنعتی استفاده از مقادیر بهینه آنتی‌اکسیدان‌ها ضروری به نظر می‌رسد. با استفاده از خواص آنتی‌اکسیدانی برخی مواد افزودنی مانند سلنیوم می‌توان روند نزولی باروری را به تعویق انداخت. جایگزینی سلنیوم معدنی با منابع جدید سلنیوم در جیره‌ی طیور باعث بهبود باروری می‌شود. این تحقیق به منظور بررسی تأثیر نانوسلنیوم در مقایسه با سدیم سلنیت بر روی غلظت سرمی سلنوپروتئین P (SEPP1) و گلوتاتیون پراکسیداز (GPx) در خروس‌های گله مرغ مادر گوشتی انجام شد.
مواد و روش‌ها: در انتهای زمان آداپتاسیون، نمونه‌های خون به میزان 5/2 میلی‌لیتر جمع‌آوری شدند و سرم آنها پس از جداسازی در فریزر 20- درجه سانتی‌گراد نگهداری شد. نمونه‌برداری بعدی 2 هفته بعد یعنی در میانه تحقیق و اِعمال تیمارها انجام گرفت که در این زمان نیز مشابه اولین نمونه‌برداری، خونگیری انجام شد و سرم‌ها جداسازی و در فریزر 20- درجه سانتی‌گراد نگهداری شدند. چهار هفته پس از اِعمال تیمارها در انتهای تحقیق خونگیری به عمل آمد و سرم‌ها جداسازی و در فریزر نگهداری شدند. غلظت سرمی سلنوپروتئین P توسط روش الایزا و گلوتاتیون پراکسیداز با استفاده از کیت اسپکتروفوتومتری مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج و بحث: مقادیر غلظت سرمی سلنوپروتئین P و گلوتاتیون پراکسیداز در اولین نمونه‌برداری تفاوت معنی‌داری را در بین هیچکدام از گروهها نشان ندادند (05/0<P). ارزیابی غلظت سرمی در دومین نمونه‌برداری نشان داد که غلظت سرمی سلنوپروتئین P خروس‌های تغذیه شده با منابع سلنیوم معدنی و نانو در مقایسه با گروه کنترل بیشتر بود (05/0>P) که بیشترین غلظت سلنوپروتئین P مربوط به تیمار حاوی 6/0 میلی‌گرم نانوسلنیوم در کیلوگرم جیره بود (T5). در میان گروههای مربوط به تیمارهای 2 و 3 که به ترتیب 3/0 میلی‌گرم سدیم سلنیت در کیلوگرم جیره (T2) و 15/0 میلی‌گرم نانوسلنیوم در کیلوگرم جیره (T3) تغذیه شده بودند، تیمار 3 غلظت بالاتری از سلنوپروتئین P داشت. نتایج ارزیابی غلظت سرمی سلنوپروتئین P در آخرین نمونه‌برداری در انتهای تحقیق نشان داد که روندی مشابه با تغییرات غلظت سرمی سلنوپروتئین P که در دومین نمونه‌برداری در میانه تحقیق مشاهده شد به وقوع می‌پیوندد. تنها تفاوت مابین نتایج دومین و سومین نمونه‌برداری این بود که تفاوت بین غلظت‌های سرمی سلنوپروتئین P در تیمارهای T2 و T3 در انتهای تحقیق بیشتر شده بود. مشابه با نتایج سلنوپروتئین P، غلظت سرمی گلوتاتیون پراکسیداز نیز در سه مرتبه خونگیری مورد ارزیابی قرار گرفت که در دومین نمونه‌برداری در میانه تحقیق ارزیابی غلظت سرمی گلوتاتیون پراکسیداز نشان داد که در گروههای T5، T4، T3 و T2 مقدار غلظت سرمی به صورت معنی‌داری بیشتر از گروه کنترل (T1) بود (05/0>P). تفاوت مابین غلظت سرمی گروه کنترل و تیمار T3 معنی‌دار نبود (05/0<P). همچنین تفاوت غلظت گلوتاتیون پراکسیداز در بین تیمارهای T4 و T5 معنی‌دار نبود (05/0<P). در انتهای تحقیق، بعد از سومین نمونه‌برداری و ارزیابی غلظت سرمی گلوتاتیون پراکسیداز مشخص شد که همه تیمارها افزایش معنی‌داری نسبت به گروه کنترل داشتند (05/0>P) و با افزایش مقدار نانوسلنیوم در جیره از 15/0 میلی‌گرم در کیلوگرم جیره تا 6/0 میلی‌گرم در کیلوگرم جیره غلظت سرمی گلوتاتیون پراکسیداز یک روند افزایشی نشان داد. با در نظر گرفتن تمام شاخص‌های آزمایش، در این تحقیق 6/0 میلی‌گرم در کیلوگرم جیره به عنوان بهترین سطح از مکمل‌های نانوسلنیوم پیشنهاد شده و نانوسلنیوم نسبت به فرم غیرآلی سلنیوم مؤثرتر بوده و در مقادیر مشابه از دو تیمار، نانوسلنیوم غلظت سرمیِ بالاتر سلنوپروتئین P و گلوتاتیون پراکسیداز را باعث می‌شود.
نتیجه‌گیری نهایی: افزودن نانوسلنیوم نسبت به سدیم سلنیت مؤثرتر بوده بوده و باعث افزایش بیشتر غلظت سرمی آنتی‌اکسیدان‌های سلنوپروتئین P و گلوتاتیون پراکسیداز در خروس‌های گله مرغ مادر گوشتی شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effects of Nano-Selenium and Sodium Selenite on serum Selenoprotein P and GPx concentration in broiler breeder males.

نویسندگان [English]

  • Hamed Jafarzadeh 1
  • Manoochehr Allymehr 2
  • Alireaz Talebi 3
  • Siamak Asri-Rezaie 4
  • Ali Soleimanzadeh 5
1 Department of Animal Science, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
2 Department of Obstetrics and Poultry, Faculty of Veterinary Medicine, Urmia University, Urmia, Iran.
3 Department of Obstetrics and Poultry, Faculty of Veterinary Medicine, Urmia University, Urmia, Iran.
4 Department of Internal Diseases and Clinical Pathology, Faculty of Veterinary Medicine, Urmia University, Urmia, Iran.
5 Department of Obstetrics and Poultry, Faculty of Veterinary Medicine, Urmia University, Urmia, Iran.
چکیده [English]

Introduction: Factors affecting hatchability are mentioned as important indicators in breeder flocks’ performance, one of these elements is fertility. Roosters’ as half part of fertility have great role and aging reduces their fertility. The biologic system in live organisms such as animals is under permanent attack due to natural consequence of the body’s normal metabolic activity that produces free radicals. It has been revealed that phospholipid fraction of avian spermatozoa membranes has high proportion of polyunsaturated fatty acids (PUFA) and it is the reason why the spermatozoa are susceptible to free radical attack. During evolution, to deal with Reactive Oxygen Species (ROS), living organisms have developed specific antioxidant protective mechanisms. Therefore, as a major factor, presence of natural antioxidants in living organisms enables their survival in an oxygen-rich environment. To maintain sperm fertilizing ability, an antioxidant defense system is a crucial point. In avian semen the antioxidant system consists of natural antioxidants together with enzymes that have antioxidant characteristics such as glutathione peroxidase (GPx) and selenoprotein P (SEPP1) protects sperm against free radicals and their destructive metabolites. Antioxidants such as vitamin E and selenium (Se) have remarkable roles in avian reproduction. To gain gross reproductive performances in commercial poultry, supplementation of antioxidant at an optimum level is thought to be necessary. By using additives such as selenium we can help delaying this reduction through antioxidant properties of Se. Replacing inorganic Se by new types of Se sources like the nano form in poultry diet improves fertility. This research was conducted to investigate the effect of Nano-Selenium (Nano-Se) in comparison with sodium selenite on serum selenoprotein p (SEPP1) and glutathione peroxidase (GPx) content in broiler breeder roosters.
Material and Method: In the present study, a total of thirty Arbor Acres Broiler Breeder roosters (40 weeks old) were randomly divided into five experimental groups. Each of which included 3 replicates of 2 birds. Relevant catalog recommended distribution of 160 gr of diet per rooster per day for broiler breeder males. After one-week adaptation they were fed with the basal diet (T1) supplemented with 0.3 mg/kg Sodium Selenite (T2), 0.15 mg/kg nano-Se (T3), 0.3 mg/kg nano-Se (T4) and 0.6 mg/kg nano-Se (T5). The duration of feeding experiment was four weeks. At the end of adaptation week, blood samples were collected (2.5 ml) and after separating the serum, they were stored in -20°C refrigerator. Another sampling was two weeks later in the middle of experiment that again blood samples were collected and their serum were stored at -20°C. Four weeks after the treatment was done at the end of experiment, the roosters were humanely euthanized by cervical dislocation, the 3rd and last sampling was implemented at the end of experiment that as in the previous sampling was done, the blood samples were centrifuged and separated serum was stored in -20°C. Then serum concentration of the antioxidant “SEPP1” was measured by ELISA method and “GPx” was analyzed using a spectrophotometry kit.
Results and discussion: The values of SEPP1 and GPx serum concentration obtained at the first time sampling showed no significant differences between all groups (P < 0.05). Serum SEPP1 concentration examination in the second sampling showed that roosters fed with both mineral and nano form of selenium supplements, had significantly higher concentrations of selenoprotein P in their serum, compared to the control group (P < 0.05) which the highest concentration was related to the treatment of 0.6 mg/kg nano-Se (T5) in their diet. Among the two groups of treatment 2 and treatment 3, which were fed 0.3 mg/kg sodium selenite (T2) and 0.15 mg/kg nano-Se (T3), respectively, treatment 3 had higher concentration. The results of examining the SEPP1 serum concentration for the final time at the end of the study indicated that there is a process similar to the trend of changes in the serum concentration of selenoprotein P that was seen in the second sampling step. The only difference observed in serum concentration results of the second sampling compared to third time was that the difference between the T2 and T3 treatments was greater in the last sampling. Simultaneously with SEPP1 analysis, serum glutathione peroxidase concentration was measured in three sampling times. At the second time sampling of serum GPx concentration, evaluation of the serum concentration of glutathione peroxidase revealed that the serum concentrations of this selenoprotein in broiler breeder roosters in groups T5, T4, T3 and T2 were significantly (P < 0.05) higher relative to its concentration in control group (T1). The difference between serum concentration of control group and T3 treatment was not significant (P < 0.05), also the difference in serum concentration of this selenoprotein between treatments T4 and T5 was not significant (P < 0.05). At the end of the study, after the third sampling and evaluation, the results of GPx serum concentrations revealed that all treatments showed a significant increase compared to the control group (P < 0.05) and with increasing the amount of nano-Se in the diet from 0.15 mg/kg to 0.6 mg/kg nano-Se, serum concentrations of glutathione peroxidase showed an increasing trend. Based on a consideration of all experiment indexes, in this research 0.6 mg/kg is suggested to be the best level of supplementation of nano-Se, and nano-Se showed higher contents of serum SEPP1 and GPx at the same amounts of nano-Se and sodium selenite supplementation. In conclusion, dietary supplementation of nano-Se was more effective than sodium selenite on serum SEPP1 and GPx concentration of tested selenoproteins in broiler breeder males.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Broiler Breeder
  • GPx
  • Nano-Selenium
  • SEPP1
  • Selenoprotein
Agarwal A, Makker K and Sharma R, 2008. Clinical relevance of oxidative stress in male factor infertility: an update. American Journal of Reproductive Immunology 59(1): 2-11.
Anonymous, 2016. Arbor Acres Plus parent stock nutritional specification. Available at: http://eu.aviagen.com/assets/Tech_Center/AA_Breeder_ParentStock//AAPlus-S-PS-NS-2016-EN.pdf (Date last accessed 4 December 2018)
Boostani A, 2015. Effects of organic, inorganic, and nano-se on growth performance, antioxidant capacity, cellular and humoral immune responses in broiler chickens exposed to oxidative stress. Livestock Science 178: 330-6.
Chance B, Sies H and Boveris A, 1979. Hydroperoxide metabolism in mammalian organs. Physiological Reviews 59: 527-605.
Collett SR, 2013. Principles of disease prevention, diagnosis, and control introduction. In: Diseases of Poultry, 13th edn, ed D. E. Swayne, Wiley Blackwell, Ames, USA, 4-39.
Cotgreave IA, Moldéus P and Orrenius S, 1988. Host biochemical defense mechanisms against prooxidants. Annual Review of Pharmacology and Toxicology 28: 189-212.
Giassetti MI, Goissis MD, Moreira PV, de Barros FR, Assumpção ME and Visintin JA, 2016. Effect of age on expression of spermatogonial markers in bovine testis and isolated cells. Animal Reproduction Science 170: 68-74.
Jafarzadeh H, Allymehr M, Talebi A, Asri Rezaei S and Soleimanzadeh A, 2020. Effects of nano-selenium and sodium selenite on SelP, GPx4 and SelW genes expression in testes of broiler breeder roosters. Bulgarian Journal of Veterinary Medicine 23(2): 218-228.
Jiang Z, Lin Y, Zhou G, Luo L, Jiang S, and Chen F, 2009. Effects of dietary selenomethionine supplementation on growth performance, meat quality and antioxidant property in yellow broilers. Journal of Agricultural and Food Chemistry 57(20): 9769-9772.
Liu C, Jing F, Liu C and Li Sh, 2015. The role of nitric oxide and autophagy in liver injuries induced by selenium deficiency in chickens. RSC Advance 5(62): 50549-50556.
Machlin LJ and Bendich A, 1987. Free radical tissue damage: Protective role of antioxidant nutrients. FASEB Journal 1: 441-445.
Paglia DE and Valentine WN, 1967. Studies on the quantitative and qualitative characterization of erythrocyte glutathione peroxidase. Journal of Laboratory and Clinical Medicine 70(1): 158-169.
Payne R and Southern L, 2005. Changes in glutathione peroxidase and tissue selenium concentrations of broilers after consuming a diet adequate in selenium. Poultry Science 84: 1268-1276.
Pelyhe C and Mézes M, 2013. Myths and facts about the effects of nano selenium in farm animals–mini-review. European Chemical Bulletin 2(12): 1049-1052.
Ruan H, Zhang Z, Wu Q, Yao H, Li J, Li S and Xu S, 2012. Selenium regulates gene expression of selenoprotein W in chicken skeletal muscle system. Biological Trace Element Research 145(1): 59-65.
Safa S, Moghaddam G, Jozani RJ, Daghigh Kia H and Janmohammadi H, 2016. Effect of vitamin E and selenium nanoparticles on post-thaw variables and oxidative status of rooster semen. Animal Reproduction Science 174: 100-106.
Shi L, Zhao H, Ren Y, Yao X, Song R and Yue W, 2014. Effects of different levels of dietary selenium on the proliferation of spermatogonial stem cells and antioxidant status in testis of roosters. Animal Reproduction Science 149(3-4): 266-272.
Schweizer U, Streckfuss F, Pelt P, Carlson BA, Hatfield DL, Köhrle J and Schomburg L, 2005. Hepatically derived selenoprotein P is a key factor for kidney but not for brain selenium supply. The Biochemical Journal 386(2): 221-226.
Surai PF, 2000. Effect of selenium and vitamin E content of the maternal diet on the antioxidant system of the yolk and the developing chick. British Poultry Science 41: 235-243.
Surai PF, 2002a. Natural Antioxidants in Avian Nutrition and Reproduction. Nottingham University Press: Nottingham, UK.
Surai PF, 2002b. Selenium in poultry nutrition 1. Antioxidant properties, deficiency and toxicity, World's Poultry Science Journal 58(3): 333-347.
Surai PF, Fujihara N, Speake B, Brillard J, Wishart G, Sparks N, 2001. Polyunsaturated Fatty Acids, Lipid Peroxidation and Antioxidant Protection in Avian Semen - Review - Asian-Australasian Journal of Animal Sciences 14(7): 1024-1050.
Surai PF, Speake B and Sparks N, 2003. Male fertility & lipid peroxidation, Chapter 15, In: Comparative Aspects of Lipid Peroxidation and Antioxidant Protection in Avian Semen, AOCS PRESS, Champaign, Illinois, 211-249.
Surai PF and Fisinin VI, 2014. Selenium in poultry breeder nutrition: An update. Animal Feed Science and Technology 191: 1-15.
Surai PF, 2005. Minerals and antioxidants. In: Redefining Mineral Nutrition (Edited by LA Tucker and JA Taylor-Pickard) Nottingham University Press, Nottingham, 147-177.
Surai PF, Sparks NHC and Speake BK, 2006. The role of antioxidants in reproduction and fertility of poultry. XII European Poultry Conference, World Poultry Science Association (WPSA), Verona.
Tarze A, Dauplais M, Grigoras I, Lazard M, Ha-Duong NT, Barbier F, Blanquet S, and Plateau P, 2007. Extracellular production of hydrogen selenide accounts for thiol assisted toxicity of selenite against Saccharomyces cerevisiae. Journal of Biological Chemistry 282: 8759-8767.
Wang Y, Zhan XA, Yuan D, Zhang X, Wu R, 2011. Effects of selenomethionine and sodium selenite supplementation on meat quality, selenium distribution and antioxidant status in broilers. Czech Journal of Animal Science 7: 305-313.
Yuan D, Zheng L, Guo XY, Wang YX and Zhan XA, 2013. Regulation of selenoprotein P concentration and expression by different sources of selenium in broiler breeders and their offspring. Poultry Science 92(9): 2375-2380.
Zhan XA, Wang HF, Yuan D, Wang YX and Zhu F, 2014. Comparison of different forms of dietary selenium supplementation on gene expression of cytoplasmic thioredoxin reductase, selenoprotein P, and selenoprotein W in broilers. Czech Journal of Animal Science 59: 571-578.
Zhang J, Wang X and Xu T, 2008. Elemental Selenium at Nano Size (Nano-Se) as a Potential Chemopreventive Agent with Reduced Risk of Selenium Toxicity: Comparison with Se- Methylselenocysteine in Mice. Society of Toxicology (US) 10(1): 22-31.
Zhang Q, Chen L, Guo K, Zheng L, Liu B, Yu W, Guo C, Liu Z, Chen Y and Tang Z, 2013. Effects of different selenium levels on gene expression of a subset of selenoproteins and antioxidative capacity in mice. Biological Trace Element Research 154(2): 255-261.
Zhang L, Wang YX, Zhou Y, Zheng L, Zhan XA and Pu QH, 2014. Different sources of maternal selenium affect selenium retention, antioxidant status, and meat quality of 56-day-old offspring of broiler breeders. Poultry Science 93(9): 2210-2219.
Zhou X and Wang Y, 2011. Influence of dietary nano elemental selenium on growth performance, tissue selenium distribution, meat quality, and glutathione peroxidase activity in Guangxi Yellow chicken. Poultry Science 90: 680-686.
Zoidis E, Pappas AC, Georgiou CA, Komaitis E and Feggeros K, 2010. Selenium affects the expression of GPx4 and catalase in the liver of chicken. Comparative biochemistry and physiology. Part B, Biochemistry & Molecular Biology 155(3): 294-300.