Transgenerational actions of fish feed and the effect on epigenetic regulation of gene transcription

Tilgjengeligheten av marine fôrråvarer til bruk i oppdrettsnæringen er avtagende pga økt fôrproduksjon. I dag blir opp til 90% av de marine fôringrediensene erstattet av plantebaserte råvarer. Dette kan ha negative konsekvenser for vekst og kvalitet hos fisken hvis endringer i næringsstoff sammensetning ikke korrigeres. Plantebasert fôr har blant annet lavere nivå av B-vitaminer og enkelte aminosyrer, enn fôr basert på marine råvarer. B-vitaminene og aminosyren metionin inngår blant annet som koenzymer i flere biokjemiske prosesser og er nødvendig for utnyttelsen av energien fra hovednæringsstoffene og for byggestoffene til vekst. I tillegg er metionin, vitamin B6, vitamin B12 og folat sentrale næringstoff for metyleringsreaksjoner (1-C) som blant annet er viktige for riktig regulering av genavlesing gjennom epigenetisk regulering. Metylgrupper bindes til cytosin i DNA sekvensene. Dette kan endre tilgjengeligheten for genavlesning selv om selve sekvensen av nukleotider i DNA ikke er endret. Epigenetisk regulering av DNA kan arves fra mor og far til neste generasjon, men er også sensitiv for miljøfaktorer som ernæring og stress gjennom individets livssyklus. Det er til nå ingen studier som beskriver om fôret til fisken påvirker den epigenetiske reguleringen av DNA. Hypotesen i dette prosjektet var at nivået av 1-C næringsstoff i fôret påvirker genuttrykk gjennom DNA metylering. Vi har designet plante baserte dietter med enten høye eller lave nivåer av 1-C næringsstoff, som fôres til sebrafisk (modellorganisme) eller Atlantisk laks (Samarbeid med EU prosjektet ARRAINA). Resultatene fra sebrafiskforsøket viser at dietten med lavt innhold av 1-C forbindelser påvirker vekst, blodhelse, overlevelse og fruktbarhet hos første generasjon av sebrafisk. Denne fisken ble krysset for å frembringe 2., 3 og 4. generasjon. RNA sekvensering viste at hele 307 gener var forskjellig uttrykt mellom fôringsgruppene for embryo F1 generasjonen, mens 239 gener var forskjellig uttrykt i dissekert lever fra kjønnsmoden F1. I tillegg ble mengden lipid i lever hos F1 fisk signifikant økt av B-vitamin mangel i første generasjon (F0). Foreløpige epigenetiske resultater fra de viser at det både er områder i DNAen samt enkle nukleotider som har forskjellig metyleringsstatus mellom fôrgruppene i F1. Det vil si at fôret som blir gitt til F0 kan påvirke genutrykket samt DNA metylering til F1 generasjonen.

Abstract: The aquaculture industry has, during the last decade, replaced the feed ingredients from fish meal and fish oil with plant based alternatives. Negative effects on growth performance and flesh quality are observed, but how the fish feed compositi on affect the epigenetic regulation of gene transcription during the different life stages and across generations remains an important and unexplored field. Epigenetics encompasses changes in gene expression profiles without alterations in the genomic DNA sequence. These changes arise from the inherited epigenetic regulation of the gene, but are also sensitive to environmental factors like nutrition. This project will answer how feed enriched with methyl donors regulates gene expression patterns by DNA me thylation, directly and across generations in fish. Zebrafish will be used as a model prior to studies on Atlantic salmon. To date there are no studies on nutritional epigenetic regulation in fish, and through this project we establish advanced epigenetic procedures for transgenerationl fish studies.