The Aqua Genome project

WP 1-3 torsk: Vi har laget et mer fullstendig referansegenom av atlantisk torsk, gadMor3. Genetisk forskjell mellom bestander av torsk er liten (men eksisterende) utenfor inversjonene. Dermed er det nye assembly avgjørende for å finne viktige regioner for tilpasning. Foreløpige analyser viser at haplotypebasert analyse avdekker tilpasning og genetisk grunnlag av karaktertrekk også utenfor inversjonene. Ved å bruke gadMor3 adresserer vi nå tilpasning til lav saltholdighet (Brieuc et al. in prep) og for en storskala analyse av atlantiske torskebestander, artsdivergens, demografisk historie og omfanget av lokal tilpasning (Baalsrud & Brieuc et al. I prep). For kysttorsk mappes sekvensdata til gadMor3 for å undersøke inversjonene (Brieuc et al. I prep). For å adressere den skrei-bestandenes respons på temperaturendringer, er deler av AGP-datasettet blitt kombinert med historiske prøver generert i et annet prosjekt. Resultatene indikerer at høye frekvenser av de kaldtilpassede allelene har holdt seg stabile over tid, til tross for temperatursvingninger. Imidlertid antyder nærværet av det varm-tilpassede allelet med lav frekvens at NEAC-populasjonen er i stand til å tilpasse seg temperaturendringer, avhengig av intensiteten til fremtidig selektivt trykk og stående genetisk variasjon for andre adaptive alleler (Helmerson et al. in prep.). WP1-3 atlantisk laks: AGP har gjort det mulig for oss å oppdage og beskrive genetisk variasjon i 948 fisk som representerer flere europeiske (norske) og kanadiske bestander. Millioner av SNPer (enkeltnukleotid-polymorfismer) blir nå analysert av forskere i Norge, Canada og Storbritannia i et forsøk på å relatere dem til fiskevandring, miljøfaktorer (vannføring og temperatur), samt befolkningsstruktur og evolusjon. Variasjonsmønsteret tyder på at genetisk materiale fra kanadiske bestander har blitt overført til laks i Finnmark før deres separasjon for millioner av år siden. Denne signaturen er lokalisert til noen få spesifikke kromosomale områder som inneholder blant annet gener relatert til immunitet. Datasettet har blitt undersøkt ikke bare for SNPs, men også for større strukturelle variasjoner (SV) som kan ha dramatiske effekter på genuttrykk. Dette første gang noen laksefiskarter blir analysert for SVs ved bruk av genome-wide metoder. En database med mer enn 15 000 SVer er satt sammen og brukt til å definere populasjonstruktur, hvis resultat var i sterk overensstemmelse med struktur fra SNP-data. SVs som viser den høyeste differensieringen mellom ville og oppdrettsindivider ser ut til å være relatert til domestiseringsprosesser og fremhever spesifikke gener og veier som ligger til grunn for denne genomiske transisjonen. WP 4 Laks: Effekter av inkubasjonstemperatur på overlevelse i sjøvannsfasen ble funnet med høyere overlevelse i de lave embryonale temperaturgruppene fram til høsting. Dessuten viste fisk som ble holdt ved lav temperatur en fire ganger reduksjon i synlige deformiteter. Idet var ingen store forskjeller i filetkvalitet mellom gruppene, bortsett fra en høyere fasthet i hurtigvoksende grupper. Et stort antall gener ble funnet å uttrykkes differensielt i muskel i larver, og sub-grupper ble påvirket av inkubasjonstemperatur, genetisk bakgrunn og kombinasjoner. Vi oppdaget gener involvert i immunresponsen, respons på abiotisk stress og metabolske prosesser. Både temperatur og genetisk bakgrunn påvirket de forskjellige metylerte setene. Derfor blir laks som er avlet for rask vekst ved relativt høye temperaturer utsatt for et høyere nivå av metabolsk belastning som sannsynligvis reflekteres i tidligere utvikling av muskelhypertrofi og lavere vekstpotensial. Torsk: Vekst hos torsk ble påvirket av temperatur i tidlige stadier, og økt temperatur under tidlig somitogenese, noe som resulterte i større fisk etter 180 dager og 30 måneder. Imidlertid så avkommet ut til å vokse saktere, noe som indikerte virkningen av inkubasjonstemperaturen i forrige generasjon. Transkripsjons- og metyleringsanalyser utføres nå, inkludert neste generasjons testing av transgenerasjonseffekter av temperaturbehandling. WP 5 Torsk: Resultater fra transkriptomanalyser av vaksinerte (Vibrio) og smittede (Francisella) juvenile ble publisert i 2019 og har implikasjoner for vår forståelse av immunminne og regulering (Solbakken et al. 2019 a, b). Undersøkelser i forhold til tilpasninger av variasjoner i kopitall, immungener og enkle tandem repetisjoner i kodende regioner pågår. Det har vært begrensede aktiviteter i WP 5 på atlantisk laks i rapporteringsperioden (på grunn av at midlere hadde blitt brukt før vi fikk forlengelse).

The AGP project has generated important results for Atlantic cod and Atlantic salmon with respect to wild populations, fisheries management and aquaculture. New knowledge of genes of importance for growth, muscle development, muscle pigmentation, disease resistance and sex determination has been generated. For both cod and salmon, we have shown that structural variants (i.e. copy number variation, simple tandem repeats, rearrangements, inversions) are crucial for local adaptation (cod) and for domestication (salmon). Taken together, the results from the AGP project, including the genomic databases for cod and salmon, will have vast implications for future research, stock management and breeding. The project has also enhanced national and international collaborations (both with industry and research) for both species and exposed biologists and bioinformaticians to social sciences research on important aspects of fisheries and aquaculture.

Aquaculture and fisheries of Atlantic salmon and cod face considerable future challenges from factors including disease, climate change, and product quality. This proposal aims to create a foundation for sustainable production of these species through dis secting the genetic basis of observed phenotypic variation, and gaining a deep understanding of how the genomes are influenced by artificial selection and the environment. Utilizing and further developing the resources and competence of the FUGE programme through the national platforms for genotyping (CIGENE), sequencing (NSC) and the GenoFisk Consortium, we aim to exploit the vast potential that the salmon and cod reference genome sequences now offer. Specifically, this project will utilize the latest hi gh-throughput sequencing technologies to generate a comprehensive genetic database for cod and salmon by re-sequencing 1000 individuals of each species representing a broad range of aquaculture stocks, phenotypes and wild populations. The identified seque nce variation will be combined with extensive datasets from genome scans to target candidate genes underlying economically important traits. Landscape genomic approaches will utilise high-resolution environmental data to identify genomic regions and genes under selection in the natural environment. Environmental effects on phenotypic plasticity and epigenetic processes will be investigated through experimentally comparing global methylation patterns. Finally, transcriptome profiling and a range of functio nal tests will be performed in order to pinpoint the mode of action and extent of phenotypic influence of key genes identified by the connected work packages. As a whole, the project will make a dramatic contribution to bridging the genotype-phenotype gap for traits of importance for aquaculture and will significantly increase our understanding of how these species adapt to the broad spectrum of natural environmental variation and anthropogenic factors.