GENetic adaptations underlying population Structure IN herring, Clupea harengus

Atlantisk sild er en viktig art for de pelagiske fiskeriene med årlige fangstrater på over en million tonn i Nordøst-Atlanteren. Sild har en stor fenotypisk variabilitet mellom ulike populasjoner i egenskaper som f.eks. størrelse ved alder og gytetidspunkt, mens det er påvist relativt små genetiske forskjeller mellom de samme populasjonene. Den observerte genetiske forskjellen er imidlertid antatt å være relevant for lokale tilpasninger. Nyere genetisk metoder kan nå anvendes for å dokumentere variabilitet i gener som potensielt har stor adaptiv betydning. I løpet av prosjektet har vi for første gang produsert levedyktig annengenerasjons avkom av sild der foreldrene tilbrakte hele livet under kontrollerte eksperimentelle betingelser. Forsøket viste at foreldrenes tilpasning til en gitt salinitet under modning senere påvirket avkommets befruktningsgrad ved ulike saliniteter. Pågående genetiske analyser vil avklare om bestemte gener var overrepresentert (selektert) blant overlevende avkom. Studier av mutasjonsrater hos sild i fra våre eksperimentelle populasjoner har vist at den er blant de laveste hittil påvist hos vertebrater. Dette kan være en medvirkende årsak til den relativt lave genetiske variabilitet man finner mellom ulike sildepopulasjoner. Et eksempel på en mutasjon med adaptiv betydning er påvist i gener som koder for synspigmentet rhodopsin, der Østersjøsild har en variant som vanlig finnes i ferskvannsarter, mens den atlantiske silden har en annen variant som er typisk for marine fiskearter. Arbeidet med innsamling og genetiske analyser fra ulike sildepopulasjoner har vist klare regionale forskjeller, og det har blitt utviklet markører som enkelt vil kunne klarlegge genetisk tilhørighet av innsamlet materiale. Det er bl.a. utviklet genetiske markører som kan skille vår- og høstgytende sild, og internasjonal prøvetaking er igangsatt for å dokumentere egnetheten av disse markørene i forvaltning av sildebestander i samråd med det internasjonale havforskningsrådet (ICES). Et nytt forsøk er startet opp der man har krysset ulike sild fra ulike populasjoner og dyrket frem individer under ulike temperatur og sesongmessige lysregimer. Dette arbeidet er to år underveis, og har frembrakt data på fenotypisk variabilitet forårsaket av lysregime- og temperaturforskjeller. Genetiske markører har blitt utviklet for å identifisere individer til parental genotype. Forsøket og genetisk karakterisering av materiale vil pågå frem til forventet modning hos fisken ved alder tre år (i 2022). Dataene vil være en del av en ekstra prosjekt-delfinansiert PhD (2020-2024).

Prosjektet hadde som målsetting å bidra til å etablere genetiske markører som ville være anvendelig i forvaltning av sildebestandene i nordøstlige deler av Atlanteren. Dette ville bli gjort gjennom kontrollerte eksperimentelle forsøk, kartlegging av genetisk mangfold i ulike sildepopulasjoner samt inngående genetiske analyser av innsamlet materiale. Hovedmålet for prosjektet må sies å være oppnådd da det er utviklet et sett av genetiske markører (SNP) innen utgangen av prosjektperioden som danner grunnlaget for karakterisering av flere sildebestander. Arbeidet med disse SNP-panelene har vært presentert i flere møter og rapporter til det internasjonale havforskningsrådet (ICES), og brukes nå nasjonalt ved Havforskningsinstituttet (Berg et al. 2021 sitert i ICES 2021), og internasjonale partnere i Danmark (DTU) og Irland (Farrell et al. 2021). Som en oppfølging er det det foreslått en temasesjon til den planlagte ICES årskonferansen i Galway 2022.

We propose to undertake unique multigenerational experiments to separate genetic and environmental effects underlying phenotypic variability and survival in herring from fertilisation to maturation. Genome analyses combined with phenotypic characterization of offspring from these experiments will provide novel basic knowledge about the genetic basis for adaptation to different environmental conditions. Furthermore, a set of carefully selected populations of Atlantic herring will be used for whole genome sequencing to establish a more fundamental understanding of the biology and underlying genetic structure in these herring populations. The project will lead to improved quality of the assignment of herring individuals and populations, and provide a strengthened scientific basis for the management of harvested herring stocks. This is especially important under the current regime of climate change, where the genetic make-up of local populations may be under intensified selection and northward displacement due to changes in ambient environmental conditions. We consider the project consortium to be scientifically and timely positioned to undertake this task since we have: 1) unmatched experimental expertise working on all stages of herring and we have established world unique experimental herring populations (Fig. 1). 2) state-of the art genetic expertise on the herring genome (Barrio et al. 2015), and characterised genetic background of offspring herring available for experimentation. 3) extensive knowledge of herring biology and population structure and highly relevant samples of previously collected biological material available for further in depth genetic analyses.