Genbankbasert Kultivering

Genbankbasert Kultivering Sten Karlsson, Ola Ugedal, Arne Jensen NINA, Trondheim Håvard Lo, Espen Holthe, Bjørn Bjøru, Veterinærinstituttet, Trondheim Rune Limstand, Tor Næss, Monika Klungervik, Daniela Brakstad, Statkraft Helsetjenesten for kultiveringsanlegg, Trondheim, 26.03.2014

Hovedmål: Bygge en kunnskapsplattform for kultivering av laks Delmål: Bruke genetiske markører for valg av stamfisk Implementere prosedyrer for genbankbasert drift Bruke genetiske markører for evaluering av effekter på den naturlige populasjonen

Bakgrunn Skårutvalget: «.. mener utvalget at man må dreie kultiveringsarbeidet fra fiskeforsterking til bevaringstiltak. Dette innebærer en økende grad av genbankbasertkultivering» «Utvalget anbefaler at det i forbindelse med utarbeidelse av nye retningslinjer for kultivering stilles konkrete krav til blant annet stamfiskkontroll, genetiske analyser og sykdomskontroll.» Innstilling fra utvalg om kultivering av anadrom laksefisk (Utvalg utnevnt i brev av 26.10.10 fra Direktoratet for naturforvaltning) Ketil Skår, Bjørn Barlaup, Gunnbjørn Bremset, Helge Axel Dyrendal, Rune Limstrand og Vidar Wennevik

Bakgrunn Ryman-Laikre Effekt? Anon. 2010. Status for norske laksebestander i 2010. Rapport fra Vitenskapelig råd for lakseforvaltning nr 2, 213 s.

Ryman-Laikre Effekt Vill pop Generasjon 1 Vill pop Generasjon 2 Stamfisk

Få stamfisk + stor andel i bestanden Ryman-Laikre Effekt Liten total Ne Økt tap av genetisk variasjon Anon. 2010. Status for norske laksebestander i 2010. Rapport fra Vitenskapelig råd for lakseforvaltning nr 2, 213 s. Etter Ryman & Laikre (1991)

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 Ryman-Laikre effekt, Regnbueørret Stamfisk Villfisk Andel Total Ne Brood-year N c N w X RRS=1 N e T RRS=1 1993 1000 16.5 222.4 0.43 78.9 1994 900 32.5 285.5 0.58 91.8 250 800 1995 25.0 180.1 0.40 118.8 700 1996200 18.9 250.3 0.12 258.5 600 2003 1997 500 34.3 426.6 1993 0.23 343.6 150 1998 400 30.2 517.2 0.42 156.4 300 1999100 36.7 588.9 0.49 142.7 200 2000 17.6 663.6 0.37 119.9 100 2001 50 0 26.6 577.3 0.54 86.8 2002 32.1 650.4 0.30 278.9 0 2003 30.1 866.1 0.37 196.1 H Mean 25.4 373.5 136.3 On taking the harmonic mean for 11 brood-years and setting the RRS equal to 1, the effective number of breeders for the entire population was 36.5% of the effective number of breeders for wild fish alone despite a near doubling of the total population size. Christie et al. 2012. Effective size of a wild salmonid population is greatly reduced by hatchery supplementation. Heredity, 109, 254-260.

Opplegg Genetisk test av Stamfisk: Artstilhørighet Stammetilhørighet Villaks vs oppdrettslaks Slektskapsanalyser Sporing av utsatt fisk Genetisk tilordning til stamfiskforeldre Vurdering om mulig Ryman-Laikre effekt Hvorfor Genbank?

Art identifikasjon Laks, Ørret og Hybrid Ørret Hybrid Laks

Moropphav hos hybrider Mitokondriellt DNA nedarves kun fra mor. Laks Ørret

Sannsynlighet Stammetilhørighet Ekskludere et individ som har en genetisk profil som med liten sannsynlighet passer med et referansemateriale 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41

P (villfisk) Oppdrett/Villfisk Villfisk referanse Oppdrettsfisk referanse 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Ok!

Valg av stamfisk oppsummert Art Stam Vill/Oppdrett

Slektskapsanalyser av de som blitt godkjente som stamfisk Unnvike Innavl Ta i størst mulig grad vare på den genetiske variasjonen 0,18-0,18-0,11 0,06-0,05-0,02 0,02-0,01-0,08 0,16 0,17 0,42-0,08-0,15 0,23 0,21 0,01-0,15-0,09 0,05-0,05 0,03-0,06-0,13 0,03-0,11-0,07-0,07-0,26 0,01-0,12 0,25-0,09-0,10-0,01 0,10 0,11-0,09 0,25-0,01-0,10-0,09-0,11-0,01-0,24 0,00 0,28 0,17-0,07-0,05 0,25-0,18-0,16-0,15 0,05 0,49 0,30-0,05-0,06 0,02 0,36 0,05 0,06-0,21 0,09 0,08-0,17 0,12-0,06-0,17-0,23-0,11-0,11 0,04-0,05-0,01 0,03 0,00 0,18-0,10 0,03-0,13-0,11-0,03-0,13-0,01-0,13 0,42 0,04 0,38-0,02 0,38 0,17 0,01-0,02 0,06 0,32-0,01-0,06-0,27 0,10 0,15 0,52-0,07 0,40 0,05 0,01-0,09 0,21 0,01 0,06 0,05-0,04 0,12-0,23-0,21 0,13-0,18-0,11-0,01 0,26 0,33-0,07-0,08-0,04 0,25-0,02 0,03-0,02 0,25 0,12 0,47 0,31 0,07 0,17-0,04-0,25-0,15 0,37-0,08-0,20-0,15-0,26-0,18-0,01 0,17 0,07-0,19-0,01-0,08-0,15-0,09 0,15 Relatedness < 0.05 Relatedness: 0.05-0.1 Relatedness: 0.1-0.2 Relatedness: 0.2-0.4 Relatedness >0.4-0,31-0,15-0,17-0,26-0,06-0,08-0,17-0,14 0,16-0,11-0,04-0,19-0,06 0,03-0,04-0,20-0,27-0,10-0,15-0,24-0,03-0,01-0,09-0,11-0,16-0,02-0,13 0,13-0,10-0,11-0,01 0,01-0,13-0,06-0,26-0,03 0,11-0,05-0,09 0,08 0,03-0,25-0,09-0,23 0,09 0,01 0,36 0,14-0,02 0,26 0,24-0,11-0,20-0,10 0,09-0,04 0,25 0,32 0,26 0,00-0,01 0,08 0,34-0,14 0,07-0,19 0,03 0,12 0,43 0,01 0,22 0,45-0,01 0,28-0,16-0,16-0,09-0,01 0,28 0,35-0,21-0,05 0,17 0,45-0,02-0,06 0,09-0,17-0,03 0,39-0,15-0,18 0,28 0,07 0,32-0,21-0,08-0,16-0,18 0,19 0,30 0,04-0,27-0,18-0,07 0,06-0,09-0,02-0,10 0,02-0,09 0,28-0,17 0,44 0,37-0,28 0,00-0,34 0,35 0,01-0,10 0,17 0,12 0,21 0,36 0,00 0,00 0,00 0,11 0,09 0,13-0,17 0,14 0,01 0,52 0,13 0,12 0,28 0,00 0,28-0,15-0,26-0,14 0,00 0,58 0,24 0,06-0,15-0,01-0,11-0,18 0,52 0,03 0,09-0,16-0,08-0,06 0,11-0,11-0,07-0,15-0,13-0,05-0,03-0,04 0,17-0,06-0,14-0,15-0,03-0,15 0,01-0,23 0,15 0,07-0,11-0,19-0,20 0,09-0,10 0,56 0,07 0,10-0,21 0,07-0,02-0,22-0,17-0,07 0,13 0,14 0,07 0,14-0,18-0,19-0,06-0,17-0,02-0,15-0,06 0,00-0,08 0,01-0,08-0,17-0,05-0,15-0,01-0,09 0,04-0,09-0,02-0,08 0,32 0,09 0,24-0,19 0,05-0,10-0,03-0,13-0,27 0,02 0,15-0,04-0,09-0,18-0,13 0,07-0,07 0,05 0,16-0,10 0,28-0,23-0,15-0,12-0,22-0,02-0,10-0,05-0,26-0,12 0,24 0,09-0,14-0,27-0,17 0,02-0,24-0,07 0,23 0,02 0,07-0,03-0,08-0,10 0,03 0,28-0,03-0,04 0,07-0,15 0,02 0,12-0,10 0,16 0,00 0,15-0,05-0,15 0,10 0,12-0,06 0,29-0,07 0,16 0,00-0,11-0,07 0,01 0,15-0,16-0,19-0,05-0,20-0,18-0,13 0,00-0,08 0,09-0,11 0,16-0,04-0,07 0,21 0,04-0,14-0,18-0,12 0,43-0,04-0,05-0,10-0,23 0,34-0,17-0,09-0,01-0,13 0,27 0,33

Spore utsatt fisk genetisk tilordning av villfanget fisk til stamfiskforeldre Markör Genotyp Avkom Genotyp Markör 1 122/128 122/128 122/130 Markör 2 82/86 82/90 90/102 Markör 3 202/220 220/222 206/222 Markör 4 180/180 180/180 160/180 Markör 5 150/152 150/150 150/150 Forutsetter at man har genetisk profil av alle potensielle stamfisk foreldrene Fordel men ikke nødvendig å kjenne krysninger eller kjønn

Genetisk tilordning av villfanget fisk til stamfiskforeldre eksempel Bævra 286 st Villfanget 1+ og 2+ i 2013 2011 og 2012 generasjonen 40 35 30 25 20 Utsatt vill 15 10 5 0

Eksempel Bævra

N Helsøskengrupper 1+, antall innen hver gruppe for utsatt og villfisk 9 familier 70 familier Helsøskengrupper

Ne Optimalt En Regneøvelse på Ryman-Laikre effekt fra observerte tall i Bævra 1+ Effektivt antall stamfisk (Nk) = 13 Effektivt antall villgytere (Nv) = 42 Proporsjon kultivert fisk (X) = 0.59 Minking av Ne fra 42 til 31 Ne = 74% i forhold til om bare villfisken hadde reprodusert 60 50 40 30 20 10 0 Nk=13, Nv=42 X 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 X Utfra antall stamfisk burde andel utsatt fisk ha vært ~22% Behøver tall fra voksen gytefisk!

Ne Ne Effektiv populasjonsstørrelse beror på forholdet mellom antall hanner og hunner og på variasjon i familiestørrelse 60 50 40 30 20 10 0 120 100 80 60 40 20 0 Ne as a funtion of dam-sire proportion 25-25 20-30 15-35 10-40 5-45 1-49 Ne as a function of variance in family size 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Eks: Totalt antall stamfisk = 50

Eksempel Bævra stamfisk: 4 hunner og 5 hanner Nek=13 12 10 8 16 14 12 10 6 8 4 6 2 0 4-4 4-5 5-5 Kjønnsfordeling 4 2 0 0,634 2 Familievarians

Øke Nk uten å ta ut mer stamfisk fra elven hvert år Genbank: videreføre F0 stamfisk avkom til F1 stamfisk Frossen melke Holde like familiestørrelser: Ne = 4(Ne)/2 + (Var offsp) Like mange hanner som hunner: Ne= (N m x N f )/(N m + N f )

Hvordan bevare genetisk variasjon og integritet? Bruke stamfisk av riktig opphav Optimalisere forholdet mellom antall effektive stamfisk og andel utsatt fisk Maksimere effektivt antall stamfisk Kontroll av slektskap mellom stamfisk som benyttes og som har blitt benyttet. Unnvike domestiseringsseleksjon

Undersøke effekter av utsettinger Genetisk tilordning av villfanget fisk til stamfisk: Er det risk for Ryman-Laikre effekt? Undersøke mulige genetiske forandringer over tid. Måle reproduksjonssuksess og overlevelse for hele populasjonen og for utsatt og vill fisk Økologiske studier Undersøke forskjeller mellom utsettinger av ulike livsstadier

Oppsummering Genbankbasert kultiveringsprosjektet Kontroll av stamfisk genetisk og sykdom Kontroll på krysninger Genbank: F0 til F1, Frossen melke Sporing av utsatt fisk Utsetningsstrategier - Livsstadier Vurdering av Ryman-Laikre effekter Undersøke mulige genetiske forandringer over tid

Det er mulig å gi gode råd!

Cooperation and expertise for a sustainable future