Prosjektnummer
901340
Redusert ferskvannsoppgang hos oppdrettslaks?
Biologisk kunnskap om laksens tilbakevending til ferskvann
• Det synes som det er klare genetiske forskjeller mellom oppdrettslaks fanget i norske lakseelver og de avlspopulasjonene disse rømte individene kommer fra.
• Oppdrettslaks fanget i elv fra fire ulike avlspopulasjoner har felles et betydelig antall SNP-loci hvor de genotypisk er mer lik villaks enn hva som tilsynelatende kan tilskrives tilfeldigheter.
• De genetiske forskjellene mellom rømt laks fanget i elv og avlspopulasjonene de kommer fra kan kobles til biologiske mekanismer som med stor sannsynlighet underligger laksens evne til å overleve i sjøfasen og vende tilbake til ferskvann etter rømming.
• Resultatene underbygger forklaringshypotesen som lå til grunn for initiering av prosjektet, nemlig at oppdrettslaksen har blitt selektert for egenskaper som indirekte har forårsaket at en stor andel av rømte oppdrettslaks har en sterkt redusert evne til å vende tilbake til ferskvann.
• Oppdrettslaks fanget i elv fra fire ulike avlspopulasjoner har felles et betydelig antall SNP-loci hvor de genotypisk er mer lik villaks enn hva som tilsynelatende kan tilskrives tilfeldigheter.
• De genetiske forskjellene mellom rømt laks fanget i elv og avlspopulasjonene de kommer fra kan kobles til biologiske mekanismer som med stor sannsynlighet underligger laksens evne til å overleve i sjøfasen og vende tilbake til ferskvann etter rømming.
• Resultatene underbygger forklaringshypotesen som lå til grunn for initiering av prosjektet, nemlig at oppdrettslaksen har blitt selektert for egenskaper som indirekte har forårsaket at en stor andel av rømte oppdrettslaks har en sterkt redusert evne til å vende tilbake til ferskvann.
Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige sluttrapport (Summary in English further below)
Oppgangen av oppdrettslaks i norske elver forårsaker negative konsekvenser for villakspopulasjonene og negativ omtale av norsk oppdrettsnæring. I dette prosjektet har prosjektgruppen undersøkt om det finnes genetiske holdepunkter som sannsynliggjør at det kan være mulig å avle frem laks som i liten eller ingen grad vil søke opp i elvene for å gyte dersom de rømmer. Prosjektet er et samarbeid mellom NTNU sitt Senter for biodiversitetsdynamikk, Senter for Integrert Genetikk (CIGENE) ved NMBU, og NINA sine lakseforskere i Trondheim. Omlag 6000 rømte oppdrettslaks vandrer hvert år i fiskesesongen opp i norske lakseelver fra en årlig estimert totalpopulasjon på mellom 15 000–910 000 individer. En mulig fortolkning av denne kontrasten er at den store andelen rømt oppdrettslaks som ikke vender tilbake til ferskvann iallfall delvis kan skyldes 12–15 generasjoner med avlsarbeid. Målsettingen med prosjektet har derfor vært å undersøke om det er genetiske forskjeller mellom oppdrettspopulasjonen og oppdrettslaks fanget i norske lakseelver, om disse forskjellene beror på at oppdrettslaks fanget i elv er mer lik villaks enn annen oppdrettslaks, og om disse eventuelle forskjellene kan kobles til biologiske mekanismer som underligger laksens evne til å vende tilbake til ferskvann.
To tusen rømte oppdrettslaks, fanget i 98 forskjellige lakseelver fordelt utover norskekysten og identifisert som rømt oppdrettslaks på bakgrunn av skjellkarakterer, ble sammenliknet med i alt nær 800 oppdrettslaks fra de fire største avlsselskapene i Norge: AquaGen, Mowi, SalmoBreed og Raumastammen (SalMar), og med omlag 1000 villaks fra 54 norske lakseelver. Sammenligningen ble gjort ved bruk av 48 000 mutasjoner (SNPer) fordelt over laksens kromosomer. Vi fant genetiske forskjeller mellom den generelle oppdrettspopulasjonen og oppdrettslaks fanget i norske lakseelver. Oppdrettslaks fanget i elv fra fire ulike avlspopulasjoner hadde et betydelig antall SNP-alleler felles, der de var mer lik villaks enn hva som kan tilskrives tilfeldigheter. Man fant også at de genetiske forskjellene mellom rømt oppdrettslaks fanget i elv og avlspopulasjonene de kommer fra kan kobles til biologiske mekanismer som med stor sannsynlighet underligger laksens evne til å vandre opp i ferskvann. Resultatene indikerer at det kan være mulig å redusere den norske oppdrettspopulasjonens evne til å vandre opp i ferskvann ved bruk av molekylærgenetisk informert avlsarbeid.
Summary of results from the project’s final reporting
To tusen rømte oppdrettslaks, fanget i 98 forskjellige lakseelver fordelt utover norskekysten og identifisert som rømt oppdrettslaks på bakgrunn av skjellkarakterer, ble sammenliknet med i alt nær 800 oppdrettslaks fra de fire største avlsselskapene i Norge: AquaGen, Mowi, SalmoBreed og Raumastammen (SalMar), og med omlag 1000 villaks fra 54 norske lakseelver. Sammenligningen ble gjort ved bruk av 48 000 mutasjoner (SNPer) fordelt over laksens kromosomer. Vi fant genetiske forskjeller mellom den generelle oppdrettspopulasjonen og oppdrettslaks fanget i norske lakseelver. Oppdrettslaks fanget i elv fra fire ulike avlspopulasjoner hadde et betydelig antall SNP-alleler felles, der de var mer lik villaks enn hva som kan tilskrives tilfeldigheter. Man fant også at de genetiske forskjellene mellom rømt oppdrettslaks fanget i elv og avlspopulasjonene de kommer fra kan kobles til biologiske mekanismer som med stor sannsynlighet underligger laksens evne til å vandre opp i ferskvann. Resultatene indikerer at det kan være mulig å redusere den norske oppdrettspopulasjonens evne til å vandre opp i ferskvann ved bruk av molekylærgenetisk informert avlsarbeid.
Summary of results from the project’s final reporting
Immigration of escaped farmed Atlantic salmon to Norwegian rivers has negative impact on wild salmon populations and harms the reputation of the fish-farming industry. In this project, the project group has investigated whether there is genetic evidence indicating that it might be possible to breed a salmon not capable of river entry. The project is a collaboration between NTNU Centre for Biodiversity Dynamics, NMBU Center for Integrative Genetics and the salmon research group at the Norwegian Institute for Nature Research (NINA). Only about 6 000 escapees migrate annually into Norwegian rivers from an annual escapee population of 15 000 to 910 000 individuals. One possible interpretation of this contrast is that the very large proportion of escapees not showing up in fresh water is at least partially due to 12–15 generations of breeding work. The goal of this project has therefore been to investigate whether there are clear genetic differences between the farmed population and the escapee population, whether these possible differences resides in escapees being more similar to wild salmon than the farmed populations they come from, and whether these possible differences can be linked to biological mechanisms underlying the capacity for river entry.
Two thousand escaped farmed salmon caught in 98 rivers along the Norwegian coast and identified as escaped farmed salmon from growth patterns in the scales, were compared with near 800 farmed salmon representing the four major fish breeding companies in Norway: AquaGen, Mowi, SalmoBreed and the Rauma strain (SalMar), and with about one thousand wild salmon from 54 Norwegian rivers. The comparisons were done by using 48,000 mutations (SNPs) distributed across the salmon genome. The project group found clear genetic differences between the general farmed salmon population (represented by samples from the major breeding lines) and escapees from these breeding lines caught in Norwegian salmon rivers. Farmed salmon caught in rivers from all four major breeding lines had a high number of common SNP alleles where they were more similar to wild salmon than can be explained by genetic drift alone. The genetic differences between escaped farmed salmon caught in rivers and the breeding lines they originated from can be connected to biological mechanisms which very probably influence the ability of salmon to enter fresh water to spawn. The results also indicate that it might be possible to reduce the number of escapees maintaining the capacity for river entry by genome-based precision breeding.
Two thousand escaped farmed salmon caught in 98 rivers along the Norwegian coast and identified as escaped farmed salmon from growth patterns in the scales, were compared with near 800 farmed salmon representing the four major fish breeding companies in Norway: AquaGen, Mowi, SalmoBreed and the Rauma strain (SalMar), and with about one thousand wild salmon from 54 Norwegian rivers. The comparisons were done by using 48,000 mutations (SNPs) distributed across the salmon genome. The project group found clear genetic differences between the general farmed salmon population (represented by samples from the major breeding lines) and escapees from these breeding lines caught in Norwegian salmon rivers. Farmed salmon caught in rivers from all four major breeding lines had a high number of common SNP alleles where they were more similar to wild salmon than can be explained by genetic drift alone. The genetic differences between escaped farmed salmon caught in rivers and the breeding lines they originated from can be connected to biological mechanisms which very probably influence the ability of salmon to enter fresh water to spawn. The results also indicate that it might be possible to reduce the number of escapees maintaining the capacity for river entry by genome-based precision breeding.
Funnene i prosjektet synes å underbygge hypotesen om at avlsarbeidet har bidratt til å redusere oppgang av rømt laks i ferskvann, men nytteverdien av dette er usikker. Referansegruppen påpeker at seleksjon rettet mot mulig redusert oppgang av rømt laks i ferskvann må gjøres i sisteleddet, dvs. på foreldrene til salgrogna, i og med at ikke-additive effekter ikke er arvelige. Dette vil bli svært dyrt og svært begrensende for rognproduksjonen. Referansegruppen mener også at det vil være vanskelig å beregne avlsverdier med brukbar sikkerhet ut fra disse resultatene. Om denne kunnskapen skal videreutvikles for om mulig å implementeres i avlsarbeidet må vurderes i dialog med relevante aktører.
-
Sluttrapport, vedl. 1: Tabell V1. Fordeling av skjellprøver fra 1980 rømte oppdrettslaks undersøkt for dette studiet, og samlet inn fra 98
NTNU. 11. november 2019.
-
Sluttrapport, vedl. 2: Tabell med sammenligning mellom 220 K array og 60 K array
NTNU. Tabell som viser posisjonen til SNPer hvor diskordansverdien er så høy at SNPen ikke bør brukes i analysene der en sammenligner genotypedata fra de to arrayene. 11. november 2019.
-
Sluttrapport, vedl. 3: Undersøkelse av kobling til biologi assosiert med ferskvannsoppvandringsevne for ett kandidat-SNP sett for hver av populasjonsgruppene: AquaGen, SalmoBreed, Mowi og Rauma
NTNU. 11. november 2019. Av Stig Omholt og Laila Berg.
-
Sluttrapport: Redusert ferskvannsoppgang hos oppdrettslaks?
NTNU. 15. november 2019. Av Stig W. Omholt, Laila Berg, Kjetil Hindar, Geir H. Bolstad og Sigbjørn Lien, med bidrag fra hele prosjektgruppen.
Oppgangen av oppdrettslaks i norske elver forårsaker negative konsekvenser for villakspopulasjonene og skaper negativ omtale for den norske laksenæringen. Selv om næringen bestreber seg på å utvikle rømningssikre produksjonsbetingelser er det vanskelig å sikre seg hundre prosent mot rømming.
En elegant løsning på dette problemet er å fremavle en oppdrettslaks som ikke lenger vandrer opp i ferskvann om den skulle slippe fri i sjøen. En sterk indikasjon på at avlsarbeidet på laks allerede har ført oss på vei mot denne løsningen er det faktum at kun om lag 6000 rømte oppdrettslaks vandrer hvert år opp i norske lakseelver i fiskesesongen fra et årlig antall rapportert rømt laks på i snitt i perioden 2000–2016 på ca. 200.000 individer. Dette er å regne som minimumstall siden det kan forekomme enkelte tilfeller av rømming som ikke oppdages. Selv om en tar høyde for at majoriteten av disse laksene av ulike årsaker dør eller på andre måter blir kompromittert før de kommer i posisjon til å vandre opp i ferskvann er likevel kontrasten så stor at den peker mot en genetisk endring av oppdrettslaksen. Ut fra foreliggende litteratur og data er en nærliggende forklaring at den genetiske endringen beror i at oppdrettslaksen har blitt selektert for egenskaper som indirekte har forårsaket en sterk nedtoning av evnen til å søke tilbake til ferskvann.
Oppgang av et fortsatt for høyt antall rømte oppdrettslaks i enkelte vassdrag innebærer at det ennå eksisterer genvarianter med moderat til lav frekvens i den norske oppdrettspopulasjonen som i en gitt kombinasjon forårsaker at rømte individer er i stand til å søke tilbake til ferskvann. Dersom en greier å identifisere disse genvariantene, og de er begrenset i antall, vil en ved hjelp av genombasert presisjonsavl kunne fjerne dem og få oppvandringstallet ned mot null på kort tid.
For å avklare om et slikt genombasert presisjonsavlsarbeid er innen rekkevidde, vil NTNU, Norsk institutt for naturforskning (NINA) og NMBU – Norges miljø- og biovitenskapelige universitet i dette prosjektet gjennomføre en genetisk sammenligningsstudie mellom villaks, oppdrettslaks og oppdrettslaks fanget i norske elver.
Å avklare:
i. om det er klare genetiske forskjeller mellom den generelle oppdrettspopulasjonen og oppdrettslaks som er fanget i norske lakseelver;
ii. om disse eventuelle forskjellene beror på at oppdrettslaks fanget i elv er mer lik villaks enn bakgrunnspopulasjonen av oppdrettslaks;
iii. om de eventuelle genetiske forskjellene kan kobles til de biologiske mekanismene man mener underligger laksens motivasjon og evne til å vende tilbake til ferskvann.
i. om det er klare genetiske forskjeller mellom den generelle oppdrettspopulasjonen og oppdrettslaks som er fanget i norske lakseelver;
ii. om disse eventuelle forskjellene beror på at oppdrettslaks fanget i elv er mer lik villaks enn bakgrunnspopulasjonen av oppdrettslaks;
iii. om de eventuelle genetiske forskjellene kan kobles til de biologiske mekanismene man mener underligger laksens motivasjon og evne til å vende tilbake til ferskvann.
På kort sikt vil måloppnåelse i form av påvisning av at rømt oppdrettslaks fanget i elv er genetisk mer lik villaks enn annen oppdrettslaks for et moderat antall gener gi avlsselskapene den genetiske informasjonen de trenger for å vurdere om forskjellene er av en slik karakter at de lar seg i prinsippet praktisk utnytte og hva som trengs av ytterligere tilrettelegging.
Gitt positive konklusjoner vedrørende praktisk utnyttbarhet og verifiseringsforsøk, vil måloppnåelse på noe lengre sikt innebære at rømt oppdrettslaks vil representere en langt mindre trussel for villaksen. Dette vil sannsynligvis få positive økonomiske konsekvenser for næringen.
Utvikling av en oppdrettslaks som ikke lenger søker tilbake til ferskvann ved hjelp av genombasert presisjonsavl vil kunne bli et biologisk og økonomisk fordelaktig alternativ til å oppnå det samme ved hjelp av triploid laks, genetisk manipulert laks, vaksinebasert sterilisering, og strengere og mer kostbare produksjonsregimer mot rømming.
Gjennomføringsplan
Identifisering av de genetiske variantene som motvirker evne til å vandre opp i ferskvann kan skje på samme vis som når en spesifikt setter opp en kontrastpopulasjon opp mot en bakgrunnspopulasjon, som for eksempel når en sammenligner en challenge-testet populasjon med den opprinnelige populasjonen de overlevende individene tilhørte. I dette tilfellet vil kontrastpopulasjonen utgjøres av individer som påviselig har vandret opp i ferskvann samt villaks, og bakgrunnspopulasjonen vil være den norske oppdrettspopulasjonen. Dette vil bli realisert gjennom følgende fem delaktiviteter:
Identifisering av de genetiske variantene som motvirker evne til å vandre opp i ferskvann kan skje på samme vis som når en spesifikt setter opp en kontrastpopulasjon opp mot en bakgrunnspopulasjon, som for eksempel når en sammenligner en challenge-testet populasjon med den opprinnelige populasjonen de overlevende individene tilhørte. I dette tilfellet vil kontrastpopulasjonen utgjøres av individer som påviselig har vandret opp i ferskvann samt villaks, og bakgrunnspopulasjonen vil være den norske oppdrettspopulasjonen. Dette vil bli realisert gjennom følgende fem delaktiviteter:
1. Gjennomgang av NINAs samling av skjell tatt fra oppdrettslaks fanget i elver langs hele norskekysten (>5000), utvelging av 2000 representative individer fra denne samlingen basert på innsamlingssted, skjellkvalitet og individenes forhistorie ut fra skjellanalyser, og ekstraksjon av DNA fra skjellprøvene.
2. Utvikling av en 50K SNP (single nucleotide polymorphism)-chip spesialdesignet for avdekking av kromosomområder som kan være av betydning for filopatrievne ved å bruke (i) de kandidatgenene (kromosomområdene) man allerede har tilgjengelig fra CIGENE – Centre for Integrative Genetics-studien nevnt over, (ii) genomvide data fra 220K SNP-chip analysen hvor både villaks og oppdrettslaks (AquaGen, Mowi og Salmobreed) er blitt genotypet, og (iii) helgenomsekvens-informasjon fra mer enn 500 villaks (fra Østfold til Finnmark).
3. Genotyping av de 2000 utvalgte oppdrettslaksene fanget i elv med 50K SNP-chipen.
4. Sammenligning av den genetiske signaturen til de utvalgte oppdrettslaksene fanget i norske elver med eksisterende genotype- og helgenomsekvensinformasjon fra oppdrettslaks og helgenomsekvens-informasjon fra villaks.
5. Gitt klare forskjeller i genetisk signatur mellom oppdrettslaks fanget i elv og bakgrunnspopulasjonen av oppdrettslaks, og at den første gruppen er mer lik villaks enn den andre, vil all tilgjengelig informasjon om påviselige gener innen identifiserte kromosomområder (proteinkodende eller ikke) bli analysert for å avdekke dokumenterbare koblinger til mekanismer underliggende oppvandringsbiologien.
Det forventes at det søkes å få publisert en vitenskapelig artikkel med resultater fra prosjektet.
Øvrige formidlingstiltak vil i stor grad avhenge av hva funnene blir og vil defineres etter at prosjektet har kommet frem til sine resultater.
Øvrige formidlingstiltak vil i stor grad avhenge av hva funnene blir og vil defineres etter at prosjektet har kommet frem til sine resultater.
-
Sluttrapport: Redusert ferskvannsoppgang hos oppdrettslaks?
NTNU. 15. november 2019. Av Stig W. Omholt, Laila Berg, Kjetil Hindar, Geir H. Bolstad og Sigbjørn Lien, med bidrag fra hele prosjektgruppen.
-
Sluttrapport, vedl. 1: Tabell V1. Fordeling av skjellprøver fra 1980 rømte oppdrettslaks undersøkt for dette studiet, og samlet inn fra 98
NTNU. 11. november 2019.
-
Sluttrapport, vedl. 2: Tabell med sammenligning mellom 220 K array og 60 K array
NTNU. Tabell som viser posisjonen til SNPer hvor diskordansverdien er så høy at SNPen ikke bør brukes i analysene der en sammenligner genotypedata fra de to arrayene. 11. november 2019.
-
Sluttrapport, vedl. 3: Undersøkelse av kobling til biologi assosiert med ferskvannsoppvandringsevne for ett kandidat-SNP sett for hver av populasjonsgruppene: AquaGen, SalmoBreed, Mowi og Rauma
NTNU. 11. november 2019. Av Stig Omholt og Laila Berg.