FP: LiceRESIST - Unravelling genetic mechanisms underlying sea lice resistance in salmonid fishes

Lakselus (Lepeophtheirus salmonis) er den mest utbredte parasitten på oppdrettslaks og representerer det største sykdomsproblemet i moderne akvakultur. Denne parasitten har betydelig økonomisk, økologisk og biologisk innvirkning på både oppdretts- og villfiskpopulasjoner. I mange land har lakselus utviklet multiresistens mot kjemiske behandlinger, noe som svekker effekten av tradisjonelle kontrollmetoder og truer en bærekraftig vekst i næringen. Dette problemet gjør det presserende å finne nye løsninger for å bekjempe lakselus. I ville laksepopulasjoner finner man de mest alvorlige luseangrepene på arter som brunørret og atlantisk laks. Til forskjell fra disse artene har noen stillehavslaks, spesielt coho (Oncorhynchus kisutch), utviklet unike genetiske egenskaper som gjør dem i stand til å kvitte seg fullstendig med lakselus. Selv om denne naturlige resistensen har blitt observert, er de underliggende genetiske mekanismene dårlig forstått. Hovedmålet med LiceRESIST-prosjektet har vært å identifisere gener og andre genetiske faktorer som forklarer forskjeller i luseresistens mellom ulike laksefisk. Dette er blitt undersøkt på både epigenetisk og funksjonelt nivå, med et langsiktig mål om å utvikle en laks med høyere motstandskraft mot lakselus. Prosjektet har utført omfattende smittetester med lakselus i Canada, Chile og Norge. Disse testene involverte flere laksefiskarter med varierende mottakelighet for lus, inkludert atlantisk laks, regnbueørret og coho. Vevsprøver fra skinn og finner ble samlet inn fra fisk både med og uten lakselus, og prøvene ble analysert for funksjonelle endringer, som genuttrykk og epigenetiske modifikasjoner. For å bedre studere årsakene til artsforskjeller i resistens har prosjektet utviklet en forbedret genomsekvens for coho laks. Genomsekvensen er blitt grundig annotert med funksjonelle data fra smitteforsøkene, inkludert RNA-Seq (for å studere genuttrykk), ATAC-Seq (for å kartlegge åpne kromatinområder), og ChIP-Seq (for å studere protein-DNA-interaksjoner). Dette arbeidet har fokusert spesielt på skinn og finner, ettersom disse vevene er viktige i fiskenes interaksjon med parasitten. Analysene har identifisert flere gener knyttet til immunrespons, epitelhyperplasi og sårheling som sannsynlige forklaringer på forskjellene i mottakelighet mellom artene. I tillegg til genetiske analyser har prosjektet bidratt til utvikling cellelinjer fra de tre laksefiskartene. Disse linjene tillater bruk av CRISPR-teknologi via transfeksjon og transduksjon, noe som åpner for in vitro-studier av mekanismene som styrer luseresistens og sårheling. Som modell for lakseluseksponering benyttet vi kitin, en hovedkomponent i eksoskjelettet til lakselus. Cellekulturer fra både coho og atlantisk laks ble eksperimentelt påført sår og eksponert for kitin i mediet før RNA-sekvensering. Alle cellelinjene viste en oppregulering av gener relatert til stress, cellemigrasjon og immunforsvar. Statistiske analyser av ekspresjonsdataene avslørte forskjeller mellom cellelinjene med hensyn til immunologisk respons på kitin. Disse funnene støttes av resultater fra tidligere smitteforsøk med levende fisk, og peker på spesifikke mekanismer som kan være relatert til luseresistens. En del av de oppregulerte genene ble også fulgt opp i et genredigeringsforsøk for å undersøke endringer i cellemigrasjon, proliferasjon og levedyktighet i nærvær og fravær av kitin. Resultater fra disse studiene avslørte variasjoner i migrasjons- og proliferasjonshastighet mellom redigerte celler. Det ble også observert forskjeller i hvordan cellene responderte på kunstige sår og/eller kitin, noe som gir innsikt i de molekylære mekanismene som kan forklare forskjeller i resistens. Oppsummert har LiceRESIST-prosjektet generert banebrytende kunnskap om de genetiske og molekylære mekanismene bak luseresistens. Disse funnene kan på sikt danne grunnlaget for utvikling av en mer resistent oppdrettslaks gjennom presisjonsavl. Videre har prosjektet bidratt til utviklingen av et nytt rammeverk for in vitro-studier av vert-parasitt-interaksjoner. Dette reduserer behovet for forsøk på levende fisk, noe som er et viktig skritt mot bedre dyrevelferd og en mer bærekraftig oppdrettsnæring.

Sea lice infestations pose a significant threat to salmon production in many countries, including Norway, creating serious animal welfare concerns and causing widespread negative environmental impacts. The LiceRESIST project has made substantial progress in addressing this challenge, delivering advancements in genome functional annotation and providing novel insights into lice resistance mechanisms in salmonid species. These findings enhance the ability to predict sea lice resistance using genomic data and support the development of innovative strategies to combat sea lice infestations. Moreover, the data generated by LiceRESIST aligns closely with ongoing collaborative initiatives, including partnerships established through the project. These efforts aim to elucidate the functional basis of key commercial traits in aquaculture, ensuring that the project's outcomes will have value beyond its original scope.

Sea lice (Lepeophtheirus salmonis) is the single greatest biological threat to the development of sustainable salmonid farming. Despite extensive international research efforts, our understanding of the functional genetic basis for host immune responses to sea lice infestations in Atlantic salmon, the main farmed species in Norway, remains unclear, largely due to the complex genetic architecture of the trait. By comparing the functional genomic changes occurring in response to sea lice attack in several salmonid species exhibiting diversity in resistance, LiceRESIST will (i) reveal novel functional mechanisms underlying immunity that have evolved in independent lineages, and (ii) facilitate the identification of key causative genetic variants responsible for lineage-specific resistance to lice burden. Our approach, combining comparative and functional genomics with CRISPR/Cas gene editing for discovery and validation of functional differences, will create opportunities to devise novel therapeutics to combat the sea lice threat. Given the pressing nature of the sea lice problem for aquaculture, in terms of economic losses, animal welfare concerns, and the threat to wild salmon, generating such advanced knowledge as a basis for improved lice management is both urgently required and in full alignment with the vision of the HAVBRUK2 program.