Improving Atlantic salmon smolt robustness to reduce losses in sea by development of screening tests, exercise regimes and markers

Dårlig smoltkvalitet og redusert overlevelse og prestasjon etter sjøutsett er en av de viktigste årsakene til det betydelige svinnet i laksenæringen. Dette prosjektet undersøkte tre strategier for forbedring av smoltens robusthet i settefiskfasen: 1) Gradering av de svakeste fiskene basert på seleksjonstester for robusthetsegenskaper på et tidlig livsstadium (Ap1). 2) Optimalisering av treningsregimer fra yngelstadiet for å styrke fiskens robusthet som smolt (Ap2). 3) Identifisering av genetiske og fysiologiske robusthetsmarkører som grunnlag for forbedrete avlsprogrammer (Ap3). I arbeidspakke 1-1 evaluerte vi om yngelens oppsvømmingstidspunkt er forbundet med robusthetsegenskaper som vekst, hjertekapasitet og sykdomsmotstand hos smolten. Tidlige og sene grupper av oppsvømmere ble sortert og røktet under samme betingelser fra start-fôring til smolt. Resultatene viser at tidlige oppsvømmere hadde raskere vekst, høyere hjerte-rate og optimal temperatur for aerob kapasitet, samt bedre svømmeutholdenhet som parr. Som smolt kompenserte de sene oppsvømmerne med tanke på vekst, hjertekapasiteten var lik, mens de tidlige oppsvømmerne hadde redusert hud- og finneslitasje under sykdom med vintersår. I Ap1-2 evaluerte vi om screening for medfødte forskjeller i svømmeutholdenhet hos juvenil laks kan benyttes som en test for å selektere smolt med bedre vekst og robusthet. Liten parr ble sortert i dårlige eller gode svømmere i en optimalisert svømmetest, som videre ble røktet under identiske betingelser til post-smolt. Etter sortering hadde gode svømmere større hjerteventrikkel med tykkere kompakt-muskulatur og lengre gjelle-lameller sammenlignet med de dårlige svømmerne. Som smolt hadde de gode svømmerne bedre vekst og de samme forskjellene i hjerte- og gjellemorfologi, egenskaper som altså hadde vedvart i åtte måneder. Tidlig seleksjon for svømmekapasitet kan altså gi forbedret vekst og egenskaper knyttet til oksygentilførsel og transport, og således være en metode for tidlig gradering av smoltkvalitet. I Ap2 undersøkte vi effekter av svømmetrening ved etablering av optimal vannstrøm for forbedring av robusthetsegenskaper allerede fra yngelstadiet. Vi testet om tidlig tilpasning til trening fra yngel til parr-stadiet kunne øke toleransen for høyere treningsintensitet under smoltifisering. Yngelgrupper ble gitt høy (H), moderat (M) og lav (L) trening til parr-stadiet. Resultatene viste økt vekst, forbedret hjertekapasitet, høyere relativ hjertevekt og svømmeutholdenhet for H versus M og L. De samme treningsregimene ble videreført fra parr til smolt-stadiet. Høy intensitet i begge periodene gav igjen bedre vekst og hjertekapasitet, høyere øvre temperatur-toleranse og relativ hjertevekt, bedre svømmeutholdenhet samt høyere hemoglobin-nivåer i blodet. Smitteforsøk med pankreassykdom (PD) gav videre signifikant høyere overlevelse for H versus M og L. Dette kunne ikke forklares ved forskjeller i infeksjonsnivå eller ventrikkelpatologi, men patologi i hjertets epikard-lag var mindre uttalt for H enn L. H resulterte også i bedre vekst under sykdom samt sterkere og bredere klonal ekspansjon av immunglobulin-gener, som trolig reflekterer bedre antistoff-respons. Resultatene viser at lakseprodusenter kan øke vannhastigheten i kar for stimulering av trening allerede fra yngelstadiet. Dette gir forbedret toleranse for høyere intensiteter under smoltifisering og følgelig smolt med overlegen helse og robusthet. I Ap 3 studerte vi genetiske og fysiologiske markører assosiert med forbedret robusthet ved sammenligning av vill (Lærdal) og oppdrettslaks (SalmoBreed) fra juvenil til pre-smolt. Hypotesen var at selektiv avl med fokus på rask tilvekst har kompromittert kardiofysiologisk robusthet hos oppdrettslaks. Tilvekst under identiske betingelser viste at villaks hadde større hjerteventrikkel, men forsinket veksthastighet. Ved parr-stadiet ble begge stammer rangert for svømmekapasitet og plassert i svømmetuneller i tre uker med og uten intensiv trening, før målinger av hjertefunksjon og aerob respirometrisk kapasitet. Resultatene viste at villaks hadde høyere aerob kapasitet og bedre hypoksi-toleranse enn oppdrettslaks, men ingen forskjeller forklart ved iboende svømmekapasitet. Intensiv trening økte hjertets ventrikkelvekt, gjellenes lamellelengde, aerob kapasitet, hypoksitoleranse og aerob enzymaktivitet for villaks, men ikke for oppdrettslaks. Dette indikerer en redusert plastisitet hos oppdrettslaks i respons på endrete og krevende miljøbetingelser. Dette ble understøttet av transkriptom-analyser av hjerte, som viste regulering av et signifikant høyere antall gener i respons på trening hos villaks sammenlignet med oppdrettslaks. Dette antyder at tiår med selektiv avl for rask tilvekst kan ha svekket fysiologisk prestasjon og atletisk robusthet hos oppdrettslaks. Kunnskap og verktøy utviklet i dette prosjektet vil være av betydelig verdi for alle sektorer av næringen som fokuserer på å styrke helse og robustheten til laksesmolt.

Despite steady improvements in the efficiency of Atlantic salmon aquaculture production during the last century, endemic and emerging infectious diseases and reduced survival of smolt following seawater transfer is currently hampering further growth. Impr oved robustness in farmed salmon was recently demonstrated in the FitnessFish project (RCN: 190067), where optimized aerobic exercise training was shown for the first time to significantly benefit health and disease resistance traits. Furthermore, it was demonstrated that inherent swimming endurance capacity was associated with improved fitness. Building on these results, this project aims to further explore different robustness characteristics in juvenile Atlantic salmon and their associations to health and disease resistance during early and later life stages. Specifically, this project will: 1) explore the potential of using early life traits, time of emergence (swim-up) and swimming endurance capacity, as novel screening tests for smolt robustness, 2) evaluate the impact of swimming exercise regimes in juvenile salmon in order to establish optimal exercise protocols for improving inherent robustness traits of salmon during the freshwater production cycle, and 3) exploit life history differences of cul tured and wild salmon strains related to cardiophysiological health to identify genes, polymorphisms and functional variations that could potentially be used as markers for improving robustness through marker-assisted or genomic selection. The results fro m this project will provide knowledge and tools for improving the key underlying factors affecting robustness of smolt, and as a result will lead to substantial improvements in welfare, sustainability and cost-efficiency of salmon aquaculture production. The project will strengthen national and international aquaculture sciences and collaborations through interdisciplinary research merging classical fish physiology with exploitation of the salmon genome resources.