Improve Atlantic salmon robustness in freshwater phase through training and feeding to a successfully timed sea transfer

Smoltifisering er en sentral prosess hos laks og innebærer mange morfologiske, fysiologiske og atferdsmessige endringer som gjør at fisken kan tilpasse seg til et liv i havet. Dagens kommersielle produksjonsprotokoller gir en smolt som er stor, men svak og ikke fullt ut tilpasset overføring til sjø, og som derfor sliter både under og etter smoltifiseringsprosessen. Dette problemet forverres av det ikke er samsvar mellom smoltifisering og overføring til sjø på grunn av de vanlige smoltifiseringsmarkørene er utilstrekkelige. Dette resulterer i høy dødelighet i anleggene etter overføring til sjøvann og er et alvorlig problem for produsenter og forbrukere, siden det skader fiskevelferden, omdømme og svekker produktiviteten av norsk lakseoppdrett. Time4Success-prosjektet ble etablert for å imøtekomme disse utfordringene ved å evaluere og forbedre ferskvannsprotokoller, identifisere mer robuste molekylære markører i gjeller og tarm, undersøke mulige fordeler av moderat trening og spesialtilpassede fôringsregimer, utvikle et mer presist konseptuelt rammeverk for smoltifisering, og validere disse tilnærmingene i kommersiell skala. I forsøk ble det vist at en åtte uker lang ferskvannsperiode etter vintersignal førte til bedre prestasjon etter overføring, sammenlignet med et seksukers regime. Eksperimentene viste at fisk i åtteukersgruppen vokste mer effektivt og oppnådde bedre fôrutnyttelse i saltvann. En analyse av genuttrykk i både gjeller og tarm avdekket at bestemte markører, blant annet cftr-I i gjellene og et sett gener i midttarmen, på en pålitelig måte indikerer når laksen er fullstendig forberedt på de osmotiske utfordringene i saltvann. Analysene av dette materialet fortsetter basert på RNASeq metodikk som gir bedre innsikt i mekanismer og mulighet til å identifisere gode biomarkører. Midttarmen skilte seg ut som et kritisk område for regulering av ion- og vannbalanse, noe som understreker organets sentrale rolle under smoltifisering. Selv om ulike forsøk med forskjellige svømmehastigheter og fôringsplaner ikke ga vesentlige utslag på smoltifiseringstidspunkt eller vekst, kan de ha andre helsemessige fordeler som bør undersøkes videre. Det ble foreslått et konseptuelt rammeverk for å integrere miljømessige signaler og hormonelle faktorer knyttet til smoltifisering, noe som på sikt kan gi et digitalt verktøy for å forbedre rekrutteringsstrategier i oppdrett. Den storskala kommersielle studien ble forsinket på grunn av en uforutsett hendelse, men er nå gjenopptatt med UiB og partner finansiering, og prøvetaking pågår. Til tross for pågående arbeid tyder foreløpige resultater på at en forlenget ferskvannsperiode og systematisk overvåking av biomarkører kan gi bedre fiskevelferd, høyere overlevelse og økt vekst i saltvann som også vil øke produktiviteten og styrke laksens ytelse i oppdrett. Prosjektets resultater har vært og blir formidlet gjennom konferansepresentasjoner, fagfellevurderte publikasjoner og direkte engasjement med relevante aktører, med mål om å overføre den vitenskapelige innsikt til mer effektiv kommersiell praksis.

The project has contributed to improve our understanding on the molecular and physiological pathways involved in smoltification, highlighting the importance of the intestine in seawater adaptation. It revealed the complexity of the intestine and how different regions of this organ contribute to a coordinated response hormonal response coupled with changes in the gene expression where the gut have an important role during smoltification. Furthermore, the findings suggest that the “smolt windows” extended beyond the 6 weeks (the common practice in rearing conditions in the aquaculture industry) could be beneficial for the salmon. The RNA-seq data provided deeper knowledge in the molecular changes occurring across several tissues directly and indirectly involved in smoltification. A conceptual framework was proposed to integrate environmental cues and hormonal signals linked to smoltification, offering a tool for improving rearing strategies. In addition, the results suggest that introducing training in fish during smoltification does not affect the seawater adaptation, although it may offer benefits in fish health and welfare. The results have been presented in scientific papers, conferences and as part of a range of talks at national meetings including directly to stakeholders. Details of this dissemination is available in the Cristin database. The work developed during this project was also part of the academic education of on post doctor and three successful bachelor students.

The high mortality rates observed in Atlantic salmon farms after seawater transfer are a major concern for farmers and consumers, compromising the fish welfare and impairing the production of the Norwegian salmon farms. Major reasons for the high mortality are that fish produced in freshwater are not sufficiently robust at the time for seawater transfer. Currently, fish farms produce large smolts to reduce the time in open sea cages that comes at the expense of their robustness, resulting in production of weak and low performing salmon, with a high risk of diseases and also early onset of maturation. This problem is exacerbated by commonly used but insufficient smoltification markers, particularly for larger smolts. TIME4SUCCESS aims to resolve these challenges through a combined approach: 1. improve our understanding of the processes underlying smoltification and seawater preadaptation and identify a new toolbox with smoltification markers that will allow farmers to determine the best timing for the sea transfer; 2. enhance robustness and adaptation potential through synergistic benefits of training and feeding acquired during the freshwater phase. Training combined with a suitable feeding strategy ensures optimal nutritional status of the fish, enhances the energy allocation towards muscle growth, reduces early maturation and stress, and improves cardiac health and resilience. Producing more robust smolts in the freshwater phase while optimizing the timing for seawater transfer, will allow the fish to cope better with the transition and life in their new environment, make them more resistant to diseases and stress, and, hence, increase the output and sustainability of the production. The novel insights gained in TIME4SUCCESS will contribute to a sustainable growth of the Norwegian Atlantic salmon aquaculture industry, while strengthening the sustainable development goals by contributing to food security and reducing impacts on the marine environment.