I dette prosjektet skal vi «finslipe» avlsarbeidet AquaGen driver på virusresistens, ved å ta i bruk nye og enda mer presise metoder innen genomikk/molekylærgenetikk. Vi skal bruke disse metodene til å ta tak i noen nye problemer som har oppstått i næringen de siste årene eller som kan bli problemer i fremtiden.
I den første arbeidspakken skal vi se på om resistens mot laksepox er genetisk betinget, og om vi kan avle laksen til å bli mer resistent mot denne sykdommen. Vi har fra før samlet data fra tre ulike utbrudd av laksepox, hvorav ett skjedde i en fiskegruppe tilhørende AquaGens avlskjerne og to skjedde hos noen av AquaGens kunder. Resultatene tydet på at vi hadde avdekket et område på genomet (en QTL) som har en konsistent effekt på laksepox. I prosjektet har vi opparbeidet ytterligere ett datasett, og vi har gått samtlige datasett grundig i sømmene. Dessverre ble ikke nevnte QTL validert i det fjerde datasettet, og vi oppdaget også en feil i et av de tidligere datasettene. Følgelig blir resultatet på denne arbeidspakken at det ikke finnes en QTL med stor effekt på resistens mot laksepox, snarere er den genetiske kontrollen av egenskapen styrt av et stort antall gener spredt utover genomet til fisken. Arvegraden til resistensen ble estimert til 0.35, hvilket betyr at omtrent en tredjedel av variasjonen i resistens er arvelig. Det er derfor mulig å selektere for økt resistens, men det finnes ingen «enkel løsning» i form av en QTL med stor effekt. Løsningen kan bli å bruke såkalt genomisk seleksjon, noe som fordrer at man regelmessig samler inn treningsdata til en prediksjonsmodell basert på maskinlæring. Disse dataene må hentes fra felt, i og med at det per i dag ikke finnes en etablert smittemodell. Vi jobber med å utarbeide en fremtidig strategi for videre satsing.
I arbeidspakke nummer to ser vi på resistens mot IPN. Ny forskning har nemlig vist at det finnes varianter av viruset som virker på en annen måte enn den varianten som er mest utbredt. I prosjektet har vi gjennomført smittetester mot både 1) et nytt isolat av viruset som man mistenker ikke lar seg påvirke av den kjente IPN-QTLen og 2) et gammelt isolat som man vet påvirkes av IPN-QTLen. Slike tester ble kjørt både i 2021 og i 2022. Resultatene viste tydelig at QTLen ikke virker på den nye varianten av viruset, også i AquaGen sin laksestamme. På den gamle varianten av viruset hadde QTLen fremdeles like stor effekt. Arvbarheten i resistens mot den nye varianten av viruset var lav; 0.08 i 2021 og ikke signifikant forskjellig fra null i 2022. Dette er et dårlig utgangspunkt for seleksjonsavl, noe som gjør den neste arbeidspakken desto mer relevant.
I den siste arbeidspakken ønsker vi nemlig å finne ut om genredigering (CRISPR-Cas9) kan brukes til å finne gener i laksen som er nødvendige for at et virus skal kunne infisere celler i laksen. Hvis vi finner slike gener og fremtidig lovgiving skulle tillate det, vil vi kunne gjøre laksen mer resistent ved å «slå ut» disse genene ved hjelp av CRISPR. I denne arbeidspakken bruker vi såkalt Genome-Scale CRISPR-Cas9 Knockout (GeCKO) screen i Atlantisk laks. I et GeCKO-screen slår man ut samtlige gener i en cellekultur fra den aktuelle organismen, men på en slik måte at kun ett gen blir slått ut i hver enkeltcelle. Etter at genene er slått ut infiserer man cellekulturen med virus. Metoden kan brukes til å identifisere gener som er essensielle for virusinfeksjon, fordi kun de cellene som har fått slått ut slike gener vil overleve. Vi har møtt på svært mange hindringer underveis, hvorav de fleste er relatert til at metoden er utviklet for pattedyr og ikke for fisk. Vi har derfor måttet modifisere svært mange av metodens enkeltsteg. Hovedproblemet er å få CRISPR-maskineriet inn i laksecellene på en reproduserbar måte, samt å få det til å utføre den «foreskrevne» genredigeringen. Vi tror vi nå har løst de fleste problemene, og vi tror vi vil klare å få utført GeCKO-screenet innenfor tidsrammen til prosjektet (som er blitt forlenget). Hovedmålet vårt er å få til et GeCKO-screen for nye varianter av IPN-viruset.
Mens prosjektet har pågått har det vært utbrudd av IPN hos kunder av AquaGen i både Norge og Chile. Noen av utbruddene har vært atypiske, blant annet har en kunde i Chile opplevd en svært stor (50 %) andel tapere, dvs. fisk som slutter å vokse. En kunde i Norge opplevde relativt høy dødelighet selv om sekvensen til virusisolatet tydet på at viruset var av den «gamle» typen. Vi ønsker å studere noen av de aktuelle virusisolatene nærmere. Smittetester mot nye virusisolater vil derfor bli gjennomført i første kvartal av 2025. Vi jobber også med å utvikle en ex vivo-test for å finne ut om isolater av IPN-viruset er «sensitive» for QTLen eller ikke. Per i dag må man smitteteste for å finne ut av dette med sikkerhet, og smittetester er dyre og lite gunstige med tanke på fiskevelferd. Vi har også lagt noen studier av virussykdommen CMS til i prosjektet.
This project will address three topics related to the Atlantic salmon's resistance to viral diseases, aiming at making the salmon more resistant to viruses. The project will use technologies connected with Precision Breeding; selecting the animals based on a detailed understanding of how genes work and interact. The topics are:
1. Resistance to POX virus: Salmon gill poxvirus (SGP), is an emerging pathogen in Atlantic salmon aquaculture. A pilot study has indicated that resistance is influenced by genetics and that there are intriguing correlations between resistance to poxvirus and resistance to pancreas disease (PD) and heart- and skeletal muscle inflammation (HSMI). The project aims to lay the foundations for marker-assisted- or genomic selection for resistance to SGPV, and to describe and understand these correlations in detail.
2. Resistance to IPN: Marker-assisted selection for IPN resistance, utilizing a major QTL for IPN resistance, has lead to a marked decrease in the number of IPN outbreaks. However, a newly discovered isolate of the virus has been reported to sidestep the QTL. We want to investigate whether this finding also applies to AquaGen’s production of “IPN eggs”, and (if so) to understand the biology underlying these results and make sure that AquaGen’s IPN product covers resistance to all strains of the virus.
3. Gene editing to promote viral resistance: Genome-Scale CRISPR-Cas9 Knockout (GeCKO) screening can be used to identify salmon genes necessary for viral infection. We want to use GeCKO to identify genes necessary for infection by the newly discovered IPN isolates and additionally, by the more well-known isolates. This work package will add to add to our understanding of the relationship between virus isolate and host genetics. The work package will also provide tools and competence which could be applied if gene editing should become a more broadly applied tool it the future.
In December 2022 we applied for a one-year extension of the project. In the added year (2024) the project will focus on these tasks:
1. Workpackage H3: GeCKO-screening with other viruses. The GeCKO-screening procedure is, to some extent, the same irrespective of target virus. Other parts of the procedure is unique to each virus. We have now solved some of the biggest technical challenges of the method, and we are keen to exploit this advantagous position by performing GeCKO-screening for another salmon virus, namely the Infectious Salmon Anemia (ISA) virus.
2. Workpackage H1: We have lots of interesting results on the viruses CMS, HSMI, and PD. We would like to extend our research into genetic architecture to those viruses as well, focusing in particular on whole-genome sequencing.