Kualitas Sperma dan Karakteristik Biomarka ProAKAP4 pada Pejantan Sapi Bali (Bos sondaicus) dengan Umur Berbeda

Abstract

Sapi bali merupakan salah satu plasma nutfah asli Indonesia yang berkontribusi sekitar 27% terhadap populasi sapi potong nasional. Produktivitas sapi bali tergolong paling tinggi dibandingkan dengan sapi lokal lainnya seperti sapi madura, sapi Peranakan Ongole (PO), dan pesisir. Inseminasi buatan (IB) menjadi teknologi reproduksi yang secara masif berperan dalam penyebaran materi genetik dari pejantan unggul di berbagai Balai Inseminasi Buatan (BIB). Keberhasilannya dipengaruhi oleh kesuburan betina, ketepatan deteksi estrus, keterampilan inseminator, serta kualitas semen. Faktor penting yang memengaruhi kualitas semen salah satunya adalah umur pejantan. Pejantan yang berumur >10 tahun dilaporkan pada umumnya memiliki tingkat freezability rendah, sehingga tidak layak untuk dibekukan dan digunakan dalam program inseminasi buatan.

Evaluasi kualitas semen secara konvensional belum sepenuhnya mampu memprediksi potensi fertilitas pejantan di lapangan. Analisis berbasis Computer Assisted Sperm Analysis (CASA) memungkinkan evaluasi berbagai parameter sperma yang memiliki korelasi positif dengan fertilitas. Perkembangan baru menawarkan pendekatan molekuler seperti analisis multiomics (genomik, transkriptomik, proteomik, dan metabolomik). Pendekatan molekuler dalam seleksi pejantan unggul, termasuk pejantan sapi bali, memainkan peran penting dalam meningkatkan efisiensi reproduksi dan memberikan manfaat ekonomi yang signifikan dalam industri peternakan. ProAKAP4 merupakan proteom yang berperan sebagai salah satu penanda fertilitas sapi jantan dan dianggap penting dalam program pemuliaan. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi kualitas semen beku pejantan sapi bali berdasarkan perbedaan umur dan kaitannya dengan ekspresi biomarka ProAKAP4.

Enam belas pejantan dibagi menjadi dua kelompok yakni di bawah umur 10 tahun (n = 8) dan di atas umur 10 tahun (n = 8). Kualitas semen beku sapi bali post-thawing dinilai berdasarkan motilitas, viabilitas, abnormalitas morfologi, fragmentasi DNA, dan defiensi protamin. Motilitas total, motilitas progresif, dan parameter kinematik sperma dianalisis menggunakan CASA. Analisis viabilitas dan abnormalitas morfologi menggunakan pewarnaan eosin-nigrosin, fragmentasi DNA menggunakan Halomax Kit, dan defisiensi protamin menggunakan metode chromomycin A3 (CMA 3). Kadar ProAKAP4 diukur menggunakan Bull 4MID ELISA Kit.

Parameter kinetik sperma menunjukkan perbedaan yang signifikan antar kelompok (P<0,05). Kecepatan sperma begerak lurus maju (straight-line velocity/VSL) berkorelasi positif dengan fertilitas, terutama peranannya dalam memfasilitasi transport sperma di dalam saluran reproduksi betina dan proses penetrasi terhadap sel telur dalam proses pembuahan. Nilai VSL dan kecepatan sperma yang bergerak secara kurvilinear (curve-line velocity/VCL) setelah proses thawing yang lebih tinggi berkaitan dengan peningkatan motilitas sperma dan potensi untuk membuahi. Tingkat fragmentasi DNA meningkat secara signifikan pada pejantan berumur =10 tahun, yang kemungkinan diakibatkan oleh perubahan komposisi protein inti, terutama perbandingan antara protamin dan histon. Peningkatan kandungan protamin akan meningkatkan kondensasi kromatin dan menjaga keutuhan DNA. Kadar ProAKAP4 menunjukkan ekspresi yang secara signifikan lebih tinggi pada pejantan berumur di bawah 10 tahun dibandingkan dengan pejantan yang lebih tua (P<0.05). Penelitian ini menunjukkan bahwa terdapat perbedaan signifikan kualitas pada semen beku dan beberapa parameter kinematika sperma pada sapi Bali berdasarkan kelompok umur.

Bali cattle are one of Indonesia’s native genetic resources, contributing around 27% to the national beef cattle population. Their productivity is among the highest compared to other local breeds such as Madura cattle, Peranakan Ongole (PO) cattle, and Pesisir cattle. Artificial insemination (AI) is a reproductive technology that plays a significant role in the widespread distribution of superior sire genetic material through various Artificial Insemination Centers (BIB). Its success is influenced by female fertility, the accuracy of estrus detection, the skill of the inseminator, and semen quality. One important factor affecting semen quality is the age of the sire. Sires over 10 years old are generally reported to have a lower level of freezability, making them unsuitable for freezing and use in artificial insemination programs.

Conventional semen quality evaluation has not yet been able to fully predict the fertility potential of sires in the field. Computer Assisted Sperm Analysis (CASA)-based analysis enables the evaluation of a variety of sperm parameters that have a positive correlation with fertility. Recent advances have offered molecular-based approaches, such as multiomics analysis (genomics, transcriptomics, proteomics, and metabolomics). The molecular approach for selecting superior sires, including Bali cattle sires, plays an important role in improving reproductive efficiency and offers significant economic benefits for the livestock industry. ProAKAP4 is a proteome that serves as a marker for bull fertility and is considered important in breeding programs. This study aims to evaluate the quality of frozen semen from Bali cattle sires based on age differences and their relationship with the expression of the ProAKAP4 biomarker.

Sixteen sires were divided into two groups: under 10 years old (n = 8) and over 10 years old (n = 8). The quality of the post-thaw Bali cattle frozen semen was assessed based on motility, viability, morphological abnormalities, DNA fragmentation, and protamine deficiency. Total motility, progressive motility, and sperm kinematic parameters were analyzed using CASA. Viability and morphological abnormalities were analyzed using eosin-nigrosin staining, DNA fragmentation using the Halomax Kit, and protamine deficiency using the chromomycin A3 (CMA 3) method. ProAKAP4 levels were measured using the Bull 4MID ELISA Kit.

Sperm kinetic parameters showed significant differences between groups (P<0.05). The straight-line velocity (VSL) of sperm is positively correlated with fertility, especially in its role in facilitating sperm transport within the female reproductive tract and egg penetration during fertilization. Higher VSL values and curve-line velocity (VCL) post-thaw are associated with increased sperm motility and fertilizing potential. DNA fragmentation levels increased significantly in sires aged =10 years, possibly due to changes in nuclear protein composition, particularly the ratio of protamine to histone. Increased protamine content enhances chromatin condensation and preserves DNA integrity. ProAKAP4 levels showed significantly higher expression in sires under 10 years old compared to older sires (P<0.05). This study shows that there are significant differences in the quality of frozen semen and several sperm kinematic parameters in Bali cattle based on age groups.