Breeding kelp for efficient and sustainable utilization of marine resources

Breed4Kelp2Feed har som mål å danne grunnlag for genetisk foredling av sukkertare for bærekraftig produksjon av høye avlinger. Tare kan ikke bare brukes til mat, fôr og framstilling av høyverdige kjemikalier, dyrking bidrar også til karbonbinding i havet. Det er en stadig økende tareproduksjon i verden, og Norge har, med sin ekstremt lange kystlinje og etablert akvakulturindustri, et enormt potensial for verdiskapning fra taredyrking. Per i dag er det kun naturlige populasjoner som dyrkes i Norge, men det er et stort potensial i det å utnytte genetisk variasjon for å lage materiale med forbedrede egenskaper i et dyrknings- og bruksperspektiv, som for eksempel høyere vekstrate og biomasse, høyere proteininnhold, resistens mot patogener og epifytter, og lavere innhold av jod og giftige mineraler. Genetisk forbedring gjennom avl har vært essensielt i etableringen av en kostnadseffektiv laksenæring i Norge, og foredling av tare vil sannsynligvis være av samme betydning for framtidas tareindustri. Tare har en nøkkelrolle i marine økosystemer, og det er derfor viktig å vurdere og hindre mulige negative effekter på naturlige populasjoner. En måte å hindre negative effekter av dyrking av foredla tare på kan være å utvikle steril tare som ikke kan krysse seg med vill tare. I dette prosjektet er målene å: 1) utvikle triploide og sterile sporofytter av sukkertare, 2) identifisere det mest optimale foredlingsprogrammet for sukkertare, 3) teste mulighetene for å få genetisk framgang i et enkelt foredlingsprogram basert på lokale populasjoner, og 4) opparbeide genetisk kunnskap om sukkertare. Fram til november 2022 har vi oppnådd følgende resultater: Vi har studert ulike metoder som kan brukes i genetisk foredling av tare og publisert en review-artikkel om dette (Goecke et al., Frontiers in Marine Science, 2020). For å kunne arbeide med å endre ploidi-nivået er det nødvendig å ha en metode for å måle det. Vi har erfart at det å måle DNA-innhold i cellekjerner ved hjelp av flow cytometri ikke fungerer like godt for sukkertare som for høyere planter. Ved hjelp av en alternativ, men arbeidskrevende metode (farging, fluorescens-mikroskopi og bildeanalyse) har vi målt DNA-innhold i ulike celle- og vevstyper og funnet at det varierer mye mellom ulike stadier i livssyklus og mellom kjønn. Det er også mye variasjon innen hunn-gametofytter, og tilsynelatende også mellom individer på gametofyttstadiet. I tillegg er det variasjon mellom ulike vevstyper i sporofyttene. Disse resultatene er publisert (Goecke et al., Marine Biotechnology 2022). Forsøk på å lage triploid tare er i gang, men ikke ennå fullført. Vi samlet i 2019 inn ca 150 foreldreindivider som har vært utgangspunktet for et seleksjonsforsøk med tre generasjoner. Vi har nå fenotype- og genotypedata for litt under 2000 individer. Vi har identifisert rundt 20 000 SNPer og 12 000 haplotyper og er i gang med å analysere dataene.

-

Breed4Kelp2Feed aims to initiate breeding of sugar kelp (Saccharina latissima, a marine brown macroalgae) designed for sustainable production of high yields. In addition to providing food, feed and highly valued chemicals, cultivation of kelp contributes to carbon binding in the oceans. Cultivation of kelp is rapidly expanding worldwide, and Norway, with its extremely long coastline and well-established aquaculture industry, has a huge potential for value creation from kelp cultivation. Currently, only natural populations of kelp is cultivated in Norway, and there is a great potential to exploit genetic variation to produce material with improved characteristics from a cultivation and usage point of view, such as higher growth rate and biomass production, higher protein content, resistance to epiphytes or pathogenic organisms, low content of iodine or other minerals. Genetic improvement has been instrumental for establishing a cost-effective salmon industry in Norway, and breeding of kelp is likely to play a similar role for the future aquaculture industry. Kelps are important habitat-forming species in marine ecosystems, and measures to prevent any harmful effects of kelp cultivation on natural kelp populations must be considered and implemented if required. One such measure may be the development and cultivation of sterile, non-reproductive kelp that cannot hybridize with natural populations. Our goals are to: 1) develop triploid and sterile sporophytes of S. latissima, 2) identify the most optimal breeding program for kelp, 3) test the feasibility and outcome of a simple breeding program based on local populations, and 4) obtain knowledge on the genetics of S. latissima. Breed4Kelp2Feed is linked to the Centre of Research-based Innovation (SFI) Foods of Norway, based at NMBU.