Slektskapsanalyse med høy-tetthets genomiske verktøy: Spôring av rømt oppdrettsfisk og effektivisert avlsarbeid

One of the major challenges in salmon farming is escapees, which gives risk of genetic and environmental interactions with wild salmon. In Norway, the number of recorded escapees per year is substantial, and likely underestimated. Traceability in salmon farming is therefore of large interest, both to identify the origin of the escape and to prove innocence. AquaGen has decided to use genetic tracing, as this does not require any physical marking and can be used for tracing throughout the entire life cycle of the fish. The method is based on individual fish farmers receiving unique families. By identifying parents of the escapees through genotyping one can therefore also identify the source of the escape. A method has been developed that can handle large datasets of dense genotypes with thousands of potential offspring and parents. Fry of farmed fish are tiny, and physical tagging is not possible at young age. In selective breeding, identity must be known, which is acquired by raising families in separate tanks until they reach tagging size. This limits the number of families that can be produced and may generate environmental tank-effects. Genetic tracing allows mixing of families on a much earlier stage, as their identity can be established later through genotyping. Use of such tracing systems can be used to optimize selective breeding programs, resulting in increased genetic gain. AquaGen is currently offering triploid salmon eggs to the market. Such fish are sterile and cannot be crossed with wild populations. Triploidization is performed by pressure-shocking newly fertilized eggs. By doing so, the offspring inherits three variants of each chromosome (normally two variants are inherited), two from the mother and one from the father. However, genotypes of triploid fish cannot be estimated using standard software. In consequence, DNA information on triploids cannot be utilized, neither for genetic tracing nor for other types of genetic analyses. We have through this project developed methods and software for genotype calling and parentage assignment for triploid fish. Using this methodology, genetic tracing of triploids can now be performed, and genomic data on such fish can be used for genetic tracing, selective breeding and research. Through this project, methodology for use of field data, such as natural disease outbreaks, from commercial, traceable fish has been developed. In cases of disease outbreaks in the field, a smaller fraction of the fish normally dies. Still, as the total number of fish is enormous per net-cage, the total number of dead fish can be substantial. In cases like this, sampling DNA from dead fish may be used to acquire information for use in the breeding nucleus. New methodology for genomic prediction using dead fish (cases-only) has been developed. Hence, data on health status and DNA from the traceable fish can be used within the breeding nucleus. By doing so, we will have a tool for efficient breeding towards a more resistant fish.

- Metodikk for storskala genetisk foreldretilodning med høytetthets genotype-data (SNP-chip) er utviklet og tatt i bruk i både sporing og identifikasjon av foreldre i avlsprogrammet - Metodikk for genotypering av triploid fisk er utviklet og testet ut på reelle data. Dette gir muligheter for å bruke DNA informasjon triploider overalt der det måtte være relevant, så som: Foreldretilodning og genetisk sporing, genetisk analyse av triploider og bruk av triploid-informasjon inn mot sentral avlskjerne. -Metodikk for bruk av genomiske og fenotypiske data fra felt-utbrudd av sykdom inn mot sentralt avlsarbeid. Dette vil si data på fisk som normalt har ukjent (men sporbar) opprinnelse, samt i tilfeller der kun død (aller affisert) fisk genotyperes (ingen kontrollgruppe).

AquaGen har nylig fått innvilget et prosjekt innen Havbruksprogrammet kalt «Utvikling og validering av metodikk for bruk av høytetthets genotypingsplattformer i slektskapsanalyse og sporing av atlantisk laks» (prosjektnummer 245519). Som skissert i søknaden er det ønskelig å knytte en nærings-PhD til dette prosjektet. Hovedmålet er å utvikle og validere infrastruktur og metodikk for fullstendig spôrbarhet av oppdrettslaks. Dette krever storskala genotyping, utvikling av genomiske databaser, komplett kontroll over logistikk av rogn fra ulike produksjonssteder, og fungerende metodikk for deteksjon av foreldreopphav til ukjent (rømt) fisk. AquaGen har valgt å satse på SNP markører, der et stort antall loci og prøver kan testes med høy grad av automatisering. Siden tilfeller med rømt oppdrettslaks ofte etterforskes og bøtelegges, er det nødvendig å tilpasse metodikken til et statistisk rigorøst rammevekt som er holdbart i en rettslig sammenheng. Det er også ønskelig å videreutvikle metodikken til spôring av individer over flere generasjoner, slik at en kan kvantifisere innblanding av oppdrettet laks i naturlige elvepopulasjoner, samt å kontrollere hvorvidt fisk av AquaGen opphav brukes illegalt til avlsarbeid utenfor AquaGen-populasjonen. Risiko for genetiske interaksjoner mellom vill og oppdrettet laks kan reduseres gjennom produksjon av steril triploid laks, som kjennetegnes ved at de har nedarvet to kromosomkopier fra mor, men kun en fra far. Dette gir enkelte utfordringer med tanke på genomisk spôrbarhet, og en målsetning er derfor å raffinere spôringsmetodene til også å kunne fungere på triploide individer. Det er ønskelig å kombinere metodikk for genomisk spôring med genomisk seleksjon innenfor avlskjernen til AquaGen. Dette vil muliggjøre bruk av blandede familier som gir en rekke muligheter i forhold til antall familier som kan produseres, hvilke parringer som kan foretas, samt at en unngår å introdusere såkalte kar-effekter i datamaterialet. Det gir også muligheter for å bruke relevante feltdata til genetisk analyse og genomisk seleksjon i avlskjernen.