GenomResist: Genomic selection for improved disease resistance of shrimp

I et tidligere samarbeidsprosjekt med Central Institutes for Freshwater and Brackishwater Aquaculture i India fant Nofima genetiske markører (DNA-sekvens) som viste seg å være forbundet med resistens mot viruset som gir white spot syndrome hos Penaeus monodon. Dette viruset har stor innvirkning på verdens rekeproduksjon. Dette prosjektet bygger på det tidligere prosjektet og hadde som formål å implementere genomisk seleksjon for økt sykdomsresistens og å overføre genteknologien til andre viktige rekearter som brukes i oppdrett. Mesteparten av verdens rekeproduksjon har nylig gått fra å være basert på P. monodon til å basere seg på Litopenaeus vannamei. Vi har sekvensert mesteparten av DNA hos L. vannamei og sammenlignet genomet til disse to artene. Familier av L. vannamei, produsert av Syaqua, ble smittet med white spot syndrome og genotypet for markører som påvirket resistens mot white spot syndrome i det forrige prosjektet. Vi fant at genene som påvirket virusmotstand hos P. monodon også påvirket virusmotstand hos L. vannamei. DNA-informasjon fra hele rekegenomet har også blitt brukt til å velge hvilke dyr som skulle avles på for å øke sykdomsresistensen i neste generasjon hos Benchmark Genetics Colombias L. vannamei populasjon. Sikkerhet på seleksjon og genetisk framgang ved bruk av disse nye teknologiene og metodene ble evaluert. Den genetisk variasjon i resistens mot white spot syndrome som kunne påvises med den nye teknologien var høy og genomisk seleksjon viste seg å kunne forbedre overlevelsen i en smittetest fra 38 % hos tilfeldig valgte reker til 51 % hos reker som var selektert en generasjon med genomisk seleksjon. Førsteutkast til et manuskript som beskriver disse resultatene er klart. Det ble dermed påvist en stor (15 %) og signifikant effekt av genomisk seleksjon på gruppeoverlevelse. På grunn av stor variasjon i overlevelse og relativt høy arvegrad forventes videre seleksjon å gi sterk genetisk framgang. Reker som er selektert for sykdomsresistens vil bli distribuert til klekkerier og kunnskap om genomisk seleksjon blir spredd gjennom publikasjon er og kurs. Vi har demonstrert at bruk av disse nye teknologiene og metodene i avlsarbeidet er en effektiv måte å øke rekenes mulighet til å motstå denne sykdommen. Kommersielle aktører og små oppdrettere vil dra nytte av dette og rekeproduksjonen vil bli mer forutsigbar og lønnsom når yngel fra selekterte foreldre blir gjort tilgjengelig.

Outcome: One quantitative trait locus (QTL) was detected both in white-leg shrimp and tiger shrimp. One generation of genomic selection improved WSSV resistance by 15%. Fifty white-leg shrimp SNPs corresponding to tiger shrimp QTL positions were identified. 10,273 new SNPs were identified and 18,643 were used for genomic selection. Impact: One generation of genomic selection resulted in 15% higher WSSV resistance making shrimp more robust and farmers less affected by production losses. Genomic heritability was high. There is large potential to make further genetic improvement using genomic selection. Plans were made to distribute improved stock around the world. Uptake will reduce the need for antibiotics, reduce consumption of antibiotics by people, profit pond holders and increase food security. We have developed expertise in the application of genomic technologies and we have drafted a relatively high impact publication.

In our recent collaboration with India we discovered gene markers associated with resistance to Aeromonas hydrophila and white spot syndrome virus (WSSV) in rohu carp and tiger shrimp respectively. These diseases impact carp and shrimp production in India and around the world. If selection using these markers can be effectively implemented, small farming communities would benefit and India would gain an advantage in the production of these important food species. The bulk of production in India has recently changed from tiger to white shrimp. The aim of this proposal is to transfer marker technologies to other important shrimp species in India (vannamei shrimp) and to validate and extend the findings from our last project, to implement genomic selection to improve shrimp disease resistance. Evenly spaced single nucleotide polymorphisms will be selected from across the vannamei genome, including markers mapping to corresponding areas as QTL identified by our last study. Fifty families will be bred, some offspring will be used as a "training population" for estimating disease resistance allele substitution effects at each locus, the rest will be used as candidates for breeding. Identity by descent genomic selection will be applied to create an experimental line. A separate control line will be created without genomic selection for comparison. An evaluation of genetic progress will be made, and advice provided on the incorporation of other traits. This project will also evaluate whether loci associated with WSSV resistance in tiger shrimp are similar in white shrimp. White shrimp will be sequenced to identify polymorphisms in the same genes marking loci affecting WSSV resistance in tiger shrimp. Families challenged with WSSV will be genotyped to find markers associated with disease resistance in white shrimp. Shrimp selected for disease resistance will be distributed to hatcheries around the world and knowledge about genomic selection will be broadly disseminated through publications and workshops.