HAVBRUK en næring i vekst. Genetikk og avl

Transkript

1 HAVBRUK en næring i vekst Genetikk og avl

2 Avl for fryktløs oppdrettsfisk Tale Marie Karlsson Drangsholt, Børge Damsgård, Ingrid Olesen For å utvikle en mer robust fisk og sikre fiskevelferden er det viktig å forstå atferd og stressrespons hos oppdrettsfisk. Hensikten med denne studien var å undersøke arvelig variasjon i atferd knyttet til stressrespons hos oppdrettstorsk (Gadus morhua L). Materialet bestod av 320 fisk (avkom etter 15 hunner og 14 hanner) fra Nasjonalt avlsprogram for torsk. Automatiserte videoopptak av enkeltfisk ble foretatt før og etter en to minutters periode med lett stress (flakkende lys). Egenskapene som ble registret for hver enkelt fisk før og etter stressperioden var prosentandelen av tid brukt i den midtre sonen av tanken og svømmehastighet. Den estimerte arvegraden for tid i den midtre sonen var moderat før (0,21 ± 0,10) og etter stressperioden (0,31 ± 0,13), og indikerer at det er arvelig variasjon i adferden. Lignende arvegrader ble funnet for svømmehastighet før (0,37 ± 0,15) og etter stressperioden (0,21 ± 0,11), selv om sistnevnte ikke var signifikant. De genetiske korrelasjonene mellom registeringer før og etter stressperioden var sterk (0,90-0,92) for begge egenskapene, noe som indikerer at familier rangeres likt før og etter stressperioden med hensyn til tidsbruk i midtre sone og svømmehastighet. Resultater fra en smittetest med vibriose med de samme familiene viste en signifikant negativ korrelasjon for estimerte avlsverdier for sykdomsresistens og tidsbruk i midtre sone før stressperioden og med svømmehastighet før og etter stressperioden (henholdsvis -0,14, -0,12 og -0,17) og indikerer at sykdomsresistens kan være koplet til adferd og stressrespons. Denne pilotstudien viser at automatisk atferds-screening kan brukes i genetiske analyser av atferd relatert til stressmestring. Selv om materialet og antall familier her var begrenset, tyder resultatene på at det er potensiale for avl for bedre stressmestring i oppdrettsfisk. Prosjektnummer: GB MARWEL, no Prosjektleder: Hilde Toften Prosjektansvarlig institusjon: Nofima Samarbeidende institusjoner: Program/finansieringskilde: Nofima, internprosjekt. MARWEL Fish welfare and environmental biology 33

3 Laksens evne til å produsere EPA og DHA kan forbedres ved genetisk seleksjon og tilpasset fôr Gerd Marit Berge 1, Tone-Kari Østbye 1, Anna Sonesson 1, Marte A. Kjær 1, Matthew Baranski 1, Homan Moghadam 1, Magny Thomassen 2, Galia Zamaratskaia 3, Håvard Bakke 4, Trygve Sigholt 5, Bente Ruyter 1 1 Nofima 2 UMB 3 SLU 4 SalmoBreed AS 5 BioMar AS Begrenset tilgang på fiskeolje og omega-3-fettsyrene EPA og DHA er en stor utfordring for oppdrettsnæringen. I dag blir en økende andel av fiskeolje i fôr erstattet med planteoljer, med det resultat at nivået av EPA og DHA i fiskemuskelen reduseres. I dette prosjektet ønsket vi å teste om laksens egen evne til å produsere og EPA og DHA kan økes ved hjelp av genetisk seleksjon og optimalisering av fôrets fettsyresammensetning. Fra et SalmoBreed familiemateriale ble laks med ulik genetisk bakgrunn, 1000 individer fra 100 familier, analysert for uttrykk av genet 6 desaturase ( 6fad_b), et gen som koder for et enzym i omdannelsen av 18:3 n-3 til EPA og DHA. 6fad_b genuttrykk viste en arvegrad på 0,1. Laks fra familier med høyt eller lavt genuttrykk av 6fad_b ble videre valgt som foreldre til produksjon av «Høy»- og «Lav»-desaturase familiegrupper. Total RNA sekvensering viste ca. 300 gener forbundet med lipidmetabolisme og ca 400 gener involvert i immunforsvaret med høyere uttrykk i «Høy»-desaturase familiene enn i «Lav» -desaturase familiene. Det ble gjennomført et fôringsforsøk med fisk fra «Høy»- og «Lav»-desaturase gruppene for å se om EPA og DHA produksjonen kunne påvirkes av samspill mellom genetisk bakgrunn og nivå av planteolje i fôr. Triplikate kar med laks (95g) fra 6 ulike familiegrupper ble gitt fôr med synkende andel fiskeolje og økende andel rapsolje fram til en sluttstørrelse på 480 gram. I fôringsforsøket var det ingen forskjell i tilvekst på grunn av fôr, men «Lav»-desaturase gruppene hadde lavere tilvekst, kondisjonsfaktor og fettinnhold enn «Høy»-desaturase gruppene. Korrigert for fettinnhold, hadde «Høy»-desaturase gruppene høyest nivå av EPA og DHA i hel fisk. Deponeringsgrad for DHA var høyest i «Høy»-desaturase gruppene, særlig i gruppen med mest rapsolje. Prosjektnummer: Forskningsrådet /E40, FHF Prosjektleder: Gerd Marit Berge Prosjektansvarlig institusjon: Nofima Samarbeidende institusjoner: Universitet for Miljø- og biovitenskap, Sveriges Lantbruksuniversitet, Salmo Breed AS, BioMar AS Program/finansieringskilde: Norges Forskningsråd 34

4 Kortare generasjonsintervall hos laks Bjarne Gjerde, Trygve Gjedrem og Ingunn Thorland Dersom generasjonsintervallet hos laks kan reduserast frå fire til tre år vil den genetiske framgangen per år auke med 33% gitt elles like forhold. Hos laks kan dette oppnåast ved produksjon av 0+ haustsmolt i staden for 1+ vårsmolt. I dette prosjektet testa vi totalt 493 SalmoBreed familiar frå to årsklassar (2006, 2009) sett ut både som 0+ smolt og 1+ smolt for tilvekst og kjønnsmodning. For 0+ smolt var prosent kjønnsmoden fisk etter to vintrar i sjøen og tre års alder (nkjm0+) jamt over lågare enn for 1+ smolt etter to vintrar i sjøen og fire års alder (nkjm1+). For 1+ smolt var prosent kjønnsmoden fisk etter ein vinter i sjøen (tkjm1+) låg. Det vart funne ein betydeleg arveleg variasjon for nkjm0+, medan den genetiske variasjonen for tkjm1+ var vesentleg lågare. Den genetiske korrelasjonen mellom nkjm0+ og tkjm1+ var nær null i begge årsklassane (0.21±0.18 og -0.02±0.10 i dei to årsklassane). Det betyr at dersom ein vel å redusere generasjonsintervallet til tre år ved bruk av 0+ fisk som stamfisk vil ikkje det føre til større del tkjm1+. Men dersom ein samtidig ynskjer å redusere del tkjm1+ må 1+ smolt frå dei same familiane testast for tkjm1+. Problemet er at desse tkjm1+ data først er tilgjengeleg i juli etter eitt år i sjøen og difor to til tre månader etter pre-seleksjonen av foreldra til ein ny generasjon 0+ smolt. Difor må ein for å oppnå genetisk framgang også for tkjm1+ velje ut stamfisk frå mange familiar slik at utvalet mot tkjm1+ kan gjerast rett før eller ved stryking av dei tre år gamle foreldra i oktober/november. Den genetiske korrelasjonen mellom tilvekst hos fisk sett ut som 0+ og 1+ smolt var høg (0.78±0.07 og 0.76±0.05 i dei to årsklassane). Det gjer at utval for tilvekst hos fisk sett ut som 0+ smolt også vil gi ein betydeleg genetisk framgang for tilvekst hos fisk sett ut som 1+ smolt. Prosjektnummer: Forskningsrådet Prosjektleder: Bjarne Gjerde Prosjektansvarleg institusjon: Erfjord Stamfisk AS Samarbeidande institusjonar: Nofima, HI, SalmoBreed AS, Akvaforsk Genetics Center Program/finansiering: Havbruk, brukarstyrt 35

5 Økt smoltkvalitet ved tidlig seleksjon av robusthetsegenskaper Sven Martin Jørgensen 1, Gerrit Timmerhaus 1, Katja Anttila 2, Matthew Casselman 2, Aleksei Krasnov 1, Tony Farrell 2, Guy Claireaux 3, Harald Takle 1 Dårlig smoltkvalitet er en betydelig årsaksfaktor for redusert vekstprestasjon og overlevelse i sjøfasen, med store økonomiske og velferdsmessige konsekvenser for oppdrettsnæringen. I dette prosjektet har vi undersøkt hvorvidt tidlig seleksjon for oppsvømmingstidspunkt (yngel) og svømmekapasitet (parr) er forbundet med ulike robusthetsegenskaper gjennom smoltproduksjonen og i tidlig sjøfase, og således kan benyttes som seleksjonskriterier for tidlig utvelgelse av smoltgrupper med økt robusthet og prestasjon. Metodikk for seleksjon av tidlige og sene oppsvømmingsgrupper samt gode og dårlige svømmere ble etablert, og resultater fra målinger av vekstutvikling, organindeks, velferdsscore, hjertefysiologiske og respirometriske analyser, samt sykdomsmotstand for disse gruppene ved ulike perioder fra parr til post-smolt, vil bli presentert og diskutert i lys av dagens og fremtidens smoltproduksjon. Prosjektnummer: (Forskningsrådet) Prosjektleder: Harald Takle, harald.takle@nofima.no Prosjektansvarlig institusjon: Nofima Samarbeidende institusjoner: University of British Columbia, Canada; 3 University of Brest, Frankrike;NIVA Program/finansieringskilde: Havbruk/ Norges Forskningsråd og FHF 36

6 Genomisk seleksjon for en av flere egenskaper i avlsmålet Anna K. Sonesson Ved genomisk seleksjon selekteres foreldre på sin genotype, slik at både seleksjonskandidater og informanter (søsken) må genotypes for egenskaper som ikke kan måles på seleksjonskandidatene, for eksempel sykdomsresistens eller filetkvalitetsegenskaper. En preseleksjon av de familiene som mest sannsynlig kommer til å bli selektert til neste generasjon kan redusere både genotype- og fenotype-registreringskostnadene. Simulering av avlsprogram med seleksjonskandidater, to egenskaper som måles på kandidatene (TILVEKST, arvbarhet 0.25) eller søsken til kandidatene (RESISTENS, arvbarhet 0.25 eller 0.1) ble gjennomført her for å vise potensialet for denne pre-seleksjonen. Genomiske avlsverdier ble beregnet innen-familie. Ved å pre-selektere 60 av 200 familier for TILVEKST, var innavlsraten og genetisk fremgang for de to egenskapene lik programmene uten pre-seleksjon. Sammenlignet med et konvensjonelt familie-basert avlsprogram, minsket innavlsraten med ~50% mens genetisk fremgang økte 4% for TILVEKST og 15% for RESISTENS med en størrelse på søskengruppen på 50 individer per familie. Med søsken-grupper på 25 eller 100 individer, økte genetisk fremgang for RESISTENS med 7 eller 21%. Også med en lavere arvbarhet på RESISTENS på 0.1 var pre-seleksjon av 60 familier lik program uten preseleksjon. Resultatene viser at pre-seleksjon av familier er en effektiv måte å redusere kostnader, og at store søsken-grupper er fordelaktig for innen-familie genomisk seleksjon. Prosjektnummer: (Forskningsrådet) Prosjektleder: Anna Sonesson Prosjektansvarlig institusjon: Nofima Samarbeidende institusjoner: UMB Program/finansieringskilde: HAVBRUK 37

7 Design av avlsprogram for innen-familie genomisk seleksjon Kahsay Nirea, Theo Meuwissen, Ana Sonesson og Marie Lillehammer Genomisk seleksjon er en metode for å øke genetisk framgang gjennom økt sikkerhet på seleksjon. Innen akvakultur vil tradisjonell implementering av genomisk seleksjon bli dyrt på grunn av et stort antall seleksjonskandidater, i forhold til hos andre arter. Innen-familie genomisk seleksjon er en kostnadseffektiv implementeringsstrategi spesielt tilpasset for akvakultur. Denne studien simulerte en typisk fiskeavlspopulasjon med 2000, 4000, 8000, eller individer ved å lage 100 familier på 20, 40, 80, 100 eller 160 individer pr familie. Paringsstrukturen varierte mellom 1:1, 1:2, 2:2, 1:10 eller 10:10. Populasjonen ble delt i to grupper; 500 kandidater og resten test-dyr. Kandidat-gruppen ble dannet ved å velge 5 tilfeldige individer fra hver familie. Alle individene i datasettet ble antatt genotypet og testgruppen hadde i tillegg fenotype for en egenskap med arvegrad 0,01. Avlsverdier for kandidatene ble estimert enten ved hjelp av innen-familie genomiske avlsverdier eller ved klassisk BLUP avlsverdiberegning. Innen familie genomisk seleksjon ga økt sikkerhet for alle scenarier. Sikkerheten var høyest ved 10:10 paring, etterfulgt av 2:2, for begge estimeringsmetodene. Økningen i sikkerhet samsvarte med antallet fullsøsken og halvsøsken som ble produsert, siden det økte slektskapet innen og mellom test- og kandidat-dyr. For alle scenarier økte sikkerheten med økt familiestørrelse. For å redusere kostnadene ved avlsprogrammet kan det likevel være hensiktsmessig å begrense familiestørrelsen til individer, siden økningen i sikkerhet ved større familier enn dette var moderat. Prosjektnummer: (Forskningsrådet) Prosjektleder: Vidar Lund Prosjektansvarlig institusjon: RAUMA STAMFISK Samarbeidende institusjoner: RAUMA, SalmoBreed, Marine Harvest, NOFIMA og NMBU Program/Finansieringskilde: HAVBRUK 38

8 Nestegenerasjons SNP-chip for mer effektivt avlsarbeide i Atlantisk laks Thomas Moen, Jørgen Ødegård, Sigbjørn Lien Markørassistert seleksjon (MAS) har for alvor gjort sitt inntog i norsk lakseoppdrett, ført an av AquaGen sin satsing på MAS for økt IPN-resistens. Den positive virkningen av denne satsingen - som har resultert i en betydelig nedgang i antall IPN-utbrudd på landsbasis - skyldes delvis at IPN-resistens i stor grad forklares av ett enkelt gen. Mer komplekse egenskaper krever andre tilnærmingsmåter, skal man kunne forvente en tilsvarende genetisk framgang for disse egenskapene. AquaGen har, sammen med Centre for Integrative Genetics (CIGENE) og Affymetrix, utviklet en såkalt SNP-chip som gjør det mulig å bestemme enkeltdyrs genotyper for SNPer (enkeltbasemutasjoner) på en og samme tid. Med dette redskapet har forskere for første gang en mulighet til å kartlegge en stor andel av den samlede genetiske variasjonen som finnes i Atlantisk laks. Vi har anvendt SNP-chipen til kartlegging av Quantitative Trait Loci (QTL) for viktige produksjonsegenskaper, og resultatene viser at denne tilnærmingsmåten gjør det mulig å identifisere, uten omveier, de mest diagnostiske (og potensielt kausale) SNPene for disse egenskapene. Vi har også benyttet disse SNP-dataene i Genomisk Seleksjon (GS), en videreføring av MAS hvor man selekterer for summen av et stort antall SNP-effekter spredt utover genomet. Resultatene indikerer at sikkerheten i avlsverdiberegning økte med 10-20%, selv basert på et begrenset søskenmateriale. I større datasett skal en forvente enda større effekter. SNP-chipen er også blitt brukt til å korrigere og forbedre genomsekvensen til Atlantisk laks. De første resultatene som SNP-chipen har avstedkommet vil bli implementert i AquaGen sin rognproduksjon fra og med Prosjektnummer: Prosjektleder: Prosjektansvarlig institusjon: Samarbeidende institusjoner: Program/finansieringskilde: 39

9 Mikrosatellitt DNA basert sporing av rømt oppdrettslaks Matthew Baranski a*, Céleste Jacq a, Sten Karlsson b, Ben Hayes c, Robbert Blonk d a Nofima, Norway. b NINA, Norway. c DPIWE, Australia., d Imares, The Netherlands * matthew.baranski@nofima.no Laks som rømmer er ansett som en miljømessig trusselfaktor overfor ville bestander av laksefisk. Derfor er det viktig at man kan både skille mellom vill- og oppdrettslaks i naturen og spore rømt oppdrettslaks tilbake til eieren. Registrering av distribusjon av rogn fra bestemte foreldrepar til matfiskprodusentene, og deretter sporing av rømt fisk tilbake til sine foreldre og derfor eieren med bruk av DNA markører er en måte å oppnå dette. Optimalisert sett av svært robust mikrosatellitt DNA-markører er mye brukt for sporing i rettsmedisinske tester, og i dette prosjektet vi benyttet laksens genomsekvens for finne mikrosatellitt markører som kunne lages til en test som er like effektiv og robust i laks. Over mikrosatellitt sekvenser ble oppdaget i genomet og basert på strenge kvalitetskriterier, 81 primerpar ble testet. 12 markører ble til slutt valgt ut og lagt til en PCR optimalisert multipleks. Hittil har totalt 236 alleler blitt observert for de 12 markørene med en gjennomsnittlig heterozygositet på 0,80. Både simuleringer og empiriske tester ble gjennomført i prøver av kjent stamtavle for å teste tilordningspotensiale. Simuleringer viser til entydig tilordning som nærmer seg 100% og de empiriske resultatene viser en 99.8% riktig tilordning av avkom til minst en riktig foreldrefisk. Dessuten, ingen villfisk ble feiltilordnet til kjent oppdrettsforeldre. Optimalisering av vevsprøver innsamling protokoller og DNA ekstrahering ble også gjennomført i prosjektet. Med bruk av optimalisert labprotokoller ink. Q5 PCR enzym (New England Biolabs) i kombinasjon med en hurtig 40 minutters PCR, kan vi enkelt generer genotyper fra vevsprøver i så lite som fire timer. Selv om logistikken rundt implementering av DNA-basert sporing over hele næringen er en utfordring, sporing av rømt oppdrettslaks med mikrosatellitt DNA markører virker lovende. Prosjektnummer: (FHF) Prosjektleder: Matthew Baranski Prosjektansvarlig institusjon: Nofima Samarbeidende institusjoner: Norsk institutt for naturforvaltning (NINA); Victorian Department of Primary Industries Water and Environment (DPIWE), Australia; IMARES- Wageningen University, The Netherlands Program/finansieringskilde: FHF 40

10 Transgenerasjonelle transkripsjons effekter av fiskefôr? K. H. Skjærven, J. A. Dahl, M, Moren, og P. A. Olsvik. Tilgjengeligheten av marine fôr-råvarer til bruk i oppdrettsnæringen er avtagende, og opp til 90% av de marine fôringrediensene er nå erstattet av plantebaserte råvarer. Dette kan ha negative konsekvenser for vekst og kvalitet hos fisken hvis endringer i næringsstoff sammensetning ikke korrigeres. Plantebasert fôr har blant annet lavere nivå av B-vitaminer (1-C forbindelser) enn fôr basert på marine råvarer. B-vitaminer er nødvendig for utnyttelsen av byggestoffene og energien fra hovednæringstoffene, men i tillegg er vitamin B6, vitamin B12 og folat viktige for riktig regulering av genavlesing gjennom epigenetisk regulering. Disse vitaminene er sentrale i metyleringsreaksjoner i cellene, hvor metylgrupper bindes til cytosin i DNA sekvensen. Dette fører til endringer i tilgjengeligheten for genavlesning selv om selve sekvensen av nukleotider i DNA ikke er endret. Metyleringen av DNA som kan arves fra mor og far til neste generasjon er sensitiv for miljøfaktorer som ernæring og stress gjennom individets livssyklus. Det til nå ingen studier som beskriver om fôret til fisken påvirker den epigenetiske reguleringen av DNA. Hypotesen i dette prosjektet er at nivået av 1-C forbindelser i fôret påvirker genuttrykk gjennom DNA-metylering. Vi har designet plantebaserte dietter med enten høye eller lave nivåer av 1-C forbindelser, som fôres til sebrafisk (modellorganisme) og Atlantisk laks (samarbeid med EU-prosjektet ARRAINA). Resultatene fra sebrafiskforsøket viser at dietten med lavt innhold av 1-C forbindelser påvirker vekst, folat konsentrasjon, blodhelse, overlevelse og fruktbarhet hos første generasjon (F 0 ). Denne fisken er krysset for å frembringe 2. og 3. generasjon og vi planlegger å få frem 4. generasjon senere. Foreløpige resultater viser at genutrykket som koder for essensielle proteiner i 1-C syklusen er påvirket av F 0 dietten. Videre skal vi måle om fôret har påvirket DNA metylering i første generasjon (F 0 ) og om dette nedarves til de neste generasjonene (F 1-3 ). Prosjektnummer: (Forskningsrådet) Prosjektleder: Kaja Helvik Skjærven Prosjektansvarlig institusjon: NIFES Samarbeidende institusjoner: Oslo Universitetssykehus, Rikshospitalet Program/finansieringskilde: Havbruk 41