Quantifying ecological effects of genetic introgression of farmed on wild salmon

QuantEscape2 er en fortsettelse av kunnskapsplattformen QuantEscape og viderefører samarbeidet mellom fire norske forskningsinstitusjoner som studerer interaksjoner mellom rømt oppdrettslaks og villaks. I QuantEscape2 skifter vi fokus fra å kvantifisere innkrysning av rømt oppdrettslaks til å undersøke de økologiske effektene av denne innkrysningen. En ny metode for å beregne andelen oppdrettsgenom i en villaks, gir oss unike muligheter til å studere hele det fenotypiske uttrykket av oppdrettslaks klekket i naturen. Analyse av skjell fra 700 voksne laks fra 105 ville bestander viser at økt andel oppdrettsbakgrunn i en villaks påvirker hele livssyklusen til laksen. Økt genetisk innkrysning gir en yngre alder ved utvandring (smolt) til havet, og en yngre sjøalder ved kjønnsmodning, og derved også en yngre total alder ved kjønnsmodning. Dette raskere livstempoet er assosiert med økt individuell veksthastighet hos innkrysset villaks, og mindre eggstørrelse. Eksperimenter viser også at det er assosiert med høyere dødelighet bade i ferskvann og i sjøen. Detaljerte genetiske studier av hele arvematerialet til avlskjernene i oppdrettslinjene for oppdrettslaks har identifisert gener og mutasjoner som har vært under seleksjon i akvakultur. Disse selektive hendelsene ser først og fremst ut til å gjelde domestiseringsgener (tamgener) som er relatert til hjerne og nervesystem, inklusive dopaminlikevekt som har betydning for atferd. Vi kan nå beskrive hvordan oppdrettslaksen er tilpasset oppdrett via små endringer i mange gener og også hvordan villaksen tilpasser seg ulike miljøforhold. Dette skal vi bruke til å forstå hvordan genetiske endringer tilpasset oppdrett, virker når oppdrettslaks rømmer og krysser seg inn i ville bestander. Kohortanalyse (dvs å følge en årsklasse av laks etter hvert som laksungene blir eldre) i en nord-norsk viser seleksjon mot avkom av oppdrettslaks og krysninger i naturen, i tråd med eksperimentell kunnskap. I et omfattende biologisk materiale av ulike krysninger, inkludert «naturalisert» oppdrettslaks (dvs. oppdrettslaks og krysninger som har vært gjenfanget etter å ha gjennomført mesteparten av en generasjon i naturen), kan vi studere i detalj hvordan de ulike gruppene overlever, vokser, smoltifiserer og kjønnsmodnes, og i mindre skala, hvordan de påvirker hverandre. Vi har vist i eksperimenter at én av faktorene som gir oppdrettsavkom og krysninger lavere overlevelse i naturen, er predasjon på laksunger av større ørret.Et annet eksperiment undersøkte hvorfor oppdrettslaks, som nå vokser 2-3 ganger så fort som villaks i oppdrett, kun vokser ca. 10 prosent fortere i naturen. Svaret var at dette både skyldes en fleksibel respons til mindre mat i naturen, og også at oppdretslaksen med den mest ekstreme vekstkapasiteten har høyest naturlig dødelighet. Vi har også vist hvordan smoltutsettinger for å kompensere for tap av leveområde etter kraftregulering, kan øke den genetiske innkrysningen av rømt oppdrettslaks i villaks og derfor kan virke motsatt av det som var hensikten. I en individ-basert modell av laksebestander som utsettes for rømt oppdrettslaks i tillegg til en miljøendring, ser det ut til at tapet av levedyktighet ('fitness') er større enn summen av de to påvirkningsfaktorene hver for seg, selv om bestanden etter noen titalls generasjoner kunne tilpasse seg miljøendringen. Dette gjør det viktig å forstå de viktigste naturlige og menneskeskapte faktorene som bestanden er utsatt for. QuantEscape2 er og vil være en garantist for den kunnskapsoppbyggingen som er nødvendig for å sikre en bærekraftig utvikling av havbruk og andre næringer som er avhengig av levedyktige villfiskbestander.

QuantEscape2 has increased our understanding of how escaped farmed salmon affect wild populations. Genetic introgression from farmed to wild salmon is widespread and affects the entire life cycle of wild salmon. Increased farmed ancestry in a salmon leads to younger age at outmigration from the river and lower sea age at return. Growth rate is increased at all life stages, and survival is reduced. Project outcomes include improved management of wild and farmed salmon in Norway. The methods developed to estimate proportions of farmed and wild ancestry, are general and may impact future management of 600 species that are now being bred in aquaculture worldwide.

QuantEscape2 is a continuation of the knowledge platform QuantEscape and combines expertise from four central research institutions that study interactions between escaped farmed and wild Atlantic salmon, Salmo salar. In QuantEscape2 we shift emphasis from quantifying introgression to studying the ecological consequences of introgression. A novel method for estimating the expected proportion of farmed genome in individual fish provides us with unique opportunities to study the full variation of phenotypes in the wild, as a function of introgression. Cohort analyses of age-classified fish provide opportunities for estimating selection against farmed and hybrid genotypes. In a large set of controlled experiments using pedigreed material of farmed, hybrid, backcrossed and naturalised farmed salmon, we provide detailed study of the performance (growth, survival, smoltification and maturation) of individuals with known introgression level. Detailed genomic studies of the breeding lines in QuantEscape unraveled several loci that had been amplified in farmed strains, and we can now study the direct effects of these genetic changes in wild settings. Population-dynamic models will be used to predict future changes where experimentation falls short, and to analyse the interactions between introgression of farmed genes and other anthropogenic disturbances. QuantEscape2 will contribute to the sustainable management of farmed and wild Atlantic salmon, and benefit the aquaculture industry and wild salmon fisheries by providing guidelines for sustainable aquaculture.