Histological characteristics of skin from Puerto Rican slick-hair and wild type Holstein cows

Abstract

In Puerto Rico (PR), certain Holstein cattle had for some time been phenotypically identified with shorter than normal hair. Later it was learned that this variant in hair length and morphology is due to a cytosine deletion in exon 10 of the prolactin receptor gene. Presently, the term slick hair (SH) cattle is in common use for animals with this short hair genotype. SH cows from countries such as Venezuela (Carora) and the United States (Holstein x Senepol) have shown better thermotolerance in tropical climates due to this genotype. These cows demonstrated higher sweating and lower respiration rates than wild type (WT) Holstein cows. SH Holstein cows from Puerto Rico were found to have lower vaginal temperatures that could lead to better reproductive function when compared to WT. The higher thermotolerance capacity of SH cows may involve differences in skin anatomy associated with the heat dissipation process. Therefore, the objective of the present investigation was to determine if histological differences exist between the skin of SH and WT Puerto Rican Holstein cows. Twenty-nine previously genotyped animals were used; fourteen WT and fifteen SH were evaluated. A skin biopsy (3.5mm diameter) was obtained from the rump of each cow. Tissues were fixed and embedded in paraffin, then sectioned at 5μm. One slide of each sample was stained with hematoxylin and eosin, and another slide was treated with a blood vessel (BV) staining kit. The slides were visualized under a microscope at a magnification of 45x and a digital picture was obtained. An area of 2,800 μm2 was selected in these images to calculate the quantity, width and percentage of area covered by cross-sectional cuts of sweat glands (SwG), sebaceous glands (SbG) and BV, using ImageJ Software (National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA). The percentage of area covered by SwG was greater (p=0.03) in the skin of SH than in WT cows (6.3 ± 0.5% vs. 4.7 ± 0.5%), were as the percentages of area covered by SbG and BV were similar for respective SH and WT animals (3.7 ± 0.4% vs. 3.2 ± 0.4%; 1.2 ± 0.2% vs. 1.1 ± 0.2%). Furthermore, the width of SwG was greater (p=0.01) in the skin of SH when compared to WT Holstein cows (90.2 ± 3.6 μm vs. 77.6 ± 3.5 μm). In addition, the width of SbG was greater (p=0.05) on the skin of the SH than in the WT cows (101.5 ± 5.2μm vs. 86.9 ± 5.0 μm). However, cows of the two genotypes did not differ (p>0.05) in the number of SwG, SbG and BV present in the examined area: (15.7 ± 1.8 vs. 16.6 ± 1.8; 10.0 ± 1.1 vs. 10.6 ± 0.9; and 2.4 ± 0.5 vs. 3.2 ± 0.4, respectively). The present results demonstrated that SH cows have a greater percentage of skin area covered by SwG, and possess wider SwG and SbG which may represent a morphological adaptation for better thermotolerance.

Desde hace tiempo en Puerto Rico, ciertos ejemplares de ganado Holstein habían sido identificados fenotípicamente con pelo más corto que lo normal. Más tarde se descubrió que esta variación en el largo del pelo se debe a una eliminación de citosina en el exón 10 del gen del receptor de prolactina. En el presente, se utiliza el término de pelo corto (PC) para describir los animales con ese genotipo. Estudios anteriores han demostrado que vacas PC de países como Venezuela (Carora) y Estados Unidos (Holstein x Senepol) tienen una mayor tasa de sudoración y menor tasa de respiración al exponerse a climas tropicales, en comparación con vacas de pelo normal (PN). La mayor capacidad termorreguladora presentada por las vacas PC puede deberse a diferencias en la anatomía de la piel asociadas a los procesos de disipación de calor. Por tal razón, el objetivo de la presente investigación fue determinar posibles diferencias histológicas en la piel entre vacas PC y PN Holstein puertorriqueñas. Se utilizaron veintinueve vacas Holstein previamente genotipificadas, catorce PC y quince PN. Una biopsia de piel (3.5mm en diámetro) se obtuvo de la grupa de cada vaca. El tejido de cada muestra fue fijado e incrustado en parafina, seccionado a 5 μm y finalmente, una laminilla teñida con hematoxilina y eosina, y otra laminilla con un kit de tinción de vasos sanguíneos. Las laminillas fueron visualizadas en un microscopio a una magnificación de 45x y se tomó una foto digital. Un área de 2,800 μm2 fue seleccionada para calcular la cantidad, el ancho y el porciento de área cubierta por glándulas sudoríparas, glándulas sebáceas y vasos sanguíneos utilizando el programa ImageJ (National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA). El porciento de área cubierto por glándulas sudoríparas fue mayor (p=0.03) en la piel de vacas PC que en las PN (6.3 ± 0.5% vs. 4.7 ± 0.5%). También, se encontraron diferencias en el ancho de las glándulas sudoríparas (p=0.01) y sebáceas (p=0.05), siendo mayor en la piel de vacas Holstein PC que en las de PN (90.2 ± 3.6 μm vs. 77.6 ± 3.5 μm; 101.5 ± 5.2μm vs. 86.9 ± 5.0μm). Diferencias en el porciento de área cubierto por glándulas sebáceas (3.7 ± 0.4% vs. 3.2 ± 0.4%) y vasos sanguíneos (1.2 ± 0.2% vs. 1.1 ± 0.2%) y vacas PN no fueron encontradas (p>0.05). Tampoco las vacas de los dos genotipos no difieren en la cantidad cortes transversales de glándulas sudoríparas (p=0.73), glándulas sebáceas (p=0.66) y vasos sanguíneos (p=0.19) presentes en el área examinada: (15.7 ± 1.8 vs. 16.6 ± 1.8; 10.0 ± 1.1 vs. 10.6 ± 0.9; 2.4 ± 0.5 vs. 3.2 ± 0.4). Los presentes resultados demuestran que las vacas Holstein PC superan a las PN en el porciento de área cubierto por glándulas sudoríparas en la piel. También, tienen un ancho mayor de glándulas sudoríparas y glándulas sebacéas. Estas características pueden representar una adaptación morfológica para una mejor termotolerancia en ambientes calurosos.