Prosjektnummer
901923
Intergenerasjonelle epigenetiske effekter i norsk lakseoppdrett (EpiBrood)
Miljøet kan påvirke et individs fenotype gjennom epigenetiske endringer, som DNA-metylering, histonmodifikasjoner eller endringer i kromatinstruktur. Disse endringene påvirker transkripsjonsaktiviteten til genomet uten å endre DNA-koden. Visse epigenetiske moduleringer kan vedvare over
flere generasjoner og ha innvirkning på egenskaper til etterkommere.
Dette prosjektet vil undersøke om ulike oppdrettsmiljøer og kjønnsmodningsmetoder som brukes av avls- og produksjonsbedrifter i Norge har signifikant intergenerasjonell (foreldre–avkom) påvirkning på fenotypen (f.eks. vekst) til avkom, om epigenetisk programmering er involvert og om det er potensiale for å bruke denne kunnskapen som grunnlag for å manipulere, redusere eller forsterke slike effekter.
Dette prosjektet vil undersøke om ulike oppdrettsmiljøer og kjønnsmodningsmetoder som brukes av avls- og produksjonsbedrifter i Norge har signifikant intergenerasjonell (foreldre–avkom) påvirkning på fenotypen (f.eks. vekst) til avkom, om epigenetisk programmering er involvert og om det er potensiale for å bruke denne kunnskapen som grunnlag for å manipulere, redusere eller forsterke slike effekter.
Hovedmål
Å avgjøre om dagens akvakulturpraksis resulterer i intergenerasjonelle epigenetiske effekter som har innvirkning på norsk lakseoppdrett, og utvikle kunnskap som vil være nyttig for å utvikle forbedring, forebygging eller behandling for å supplere eller redusere slike effekter.
Å avgjøre om dagens akvakulturpraksis resulterer i intergenerasjonelle epigenetiske effekter som har innvirkning på norsk lakseoppdrett, og utvikle kunnskap som vil være nyttig for å utvikle forbedring, forebygging eller behandling for å supplere eller redusere slike effekter.
Delmål
1. Å avgjøre om nåværende G0-oppdrettspraksis og behandling resulterer i betydelige fenotypiske forskjeller som vekst, reproduksjon, helse, filetkvalitet og velferd for avkom (G1), og øke bevisstheten i bransjen om potensielle nedstrømseffekter.
2. Å teste om dagens stamfisk oppdrettspraksis og behandling resulterer i epigenetiske endringer som overføres til G1-avkom, hvis G1-fenotypiske forskjeller påvises.
3. Å utføre eksperimenter for å avgjøre i hvilken grad arven er fra mor eller far, hvis spesifikke epigenetiske endringer mistenkes å påvirke fenotype. Det vil også etableres kunnskap om når stamfisk er sårbar for epigenetisk imprinting som forårsaker generasjonseffekter, og finne gener som påvirker viktige fenotyper.
4. Å utføre meta-analyser ved hjelp av data fra dette og andre relevante prosjekter for å lete etter sannsynlige sammenhenger mellom typer stressorer, epigenetiske markeringsmønstre og fenotypiske forskjeller i norsk lakseoppdrett.
5. Å anbefale mulige forbedringer, forebyggende metoder, behandlinger og videre forskning som trengs for å få en bedre forståelse av epigenetiske prosesser, og for å modulere disse prosessene slik at de gagner norsk lakseoppdrett, helse, filetkvalitet og velferd.
Små epigenetiske effekter mellom generasjoner
vil kunne ha store konsekvenser for fiskevelferd, produksjonseffektivitet, filetkvalitet
og andre viktige egenskaper. Det trengs bedre forståelse av hvordan
stamfiskoppdrett og induksjon av kjønnsmodning som brukes av leverandørene av egg/melke
kan påvirke produksjonen. Prosjektets arbeidsmøter (workshop) om “Nåværende
stamfiskoppdrett og kjønnsmodningspraksis, potensielle utfordringer og
muligheter”, og tilhørende rapport om potensielle
utfordringer og muligheter, vil bli publisert og formidlet til de to viktigste
interessentgruppene, produsenter og oppdrettere (leveranse i 2025).
Gjennom deling av erfaringer i arbeidsmøter og rapporter, vil prosjektet øke den generelle bevisstheten om potensielle nedstrømseffekter av stamfiskoppdrett og kjønnsmodningspraksis og peke på viktige områder for forskning. På kort sikt vil prosjektet også utvikle kunnskap om intergenerasjonelle epigenetiske effekter som i dag eksisterer i Norge på grunn av dagens praksis og fasilitetene som brukes til å kultivere og kjønnsmodne stamfisk, og dette vil gjøre næringen i stand til å foreta en evaluering av de positive og negative epigenetiske effektene av dagens stamfiskoppdrett og praksis på helse, filetkvalitet og velferd for produksjonsfisk i Norge (leveranse i 2026).
Hvis epigenetiske effekter av påvirkning oppstår, kan det være potensiale for å bruke slik kunnskap til å programmere fisk ved å endre oppdrettsmiljøet for å forbedre ytelsen. Men de spesifikke stressorene som forårsaker epigenetisk innmerking i disse forskjellige miljøene kan være mange, og markeringene kan endres, viskes ut, gjentas eller akkumuleres over tid. Effekten på fisken kan også variere, avhengig av individets genetiske bakgrunn. Kunnskap fra dette prosjektet vil resultere i anbefalinger om mulige metoder, behandlinger og områder for fremtidig forskning som trengs for å programmere laksens epigenom til fordel for norsk havbruk (leveranse i 2027).
Gjennom deling av erfaringer i arbeidsmøter og rapporter, vil prosjektet øke den generelle bevisstheten om potensielle nedstrømseffekter av stamfiskoppdrett og kjønnsmodningspraksis og peke på viktige områder for forskning. På kort sikt vil prosjektet også utvikle kunnskap om intergenerasjonelle epigenetiske effekter som i dag eksisterer i Norge på grunn av dagens praksis og fasilitetene som brukes til å kultivere og kjønnsmodne stamfisk, og dette vil gjøre næringen i stand til å foreta en evaluering av de positive og negative epigenetiske effektene av dagens stamfiskoppdrett og praksis på helse, filetkvalitet og velferd for produksjonsfisk i Norge (leveranse i 2026).
Hvis epigenetiske effekter av påvirkning oppstår, kan det være potensiale for å bruke slik kunnskap til å programmere fisk ved å endre oppdrettsmiljøet for å forbedre ytelsen. Men de spesifikke stressorene som forårsaker epigenetisk innmerking i disse forskjellige miljøene kan være mange, og markeringene kan endres, viskes ut, gjentas eller akkumuleres over tid. Effekten på fisken kan også variere, avhengig av individets genetiske bakgrunn. Kunnskap fra dette prosjektet vil resultere i anbefalinger om mulige metoder, behandlinger og områder for fremtidig forskning som trengs for å programmere laksens epigenom til fordel for norsk havbruk (leveranse i 2027).
Prosjektet består av fem arbeidspakker (AP-er). AP1 (ledet av Nofima i samarbeid med NCE Aquaculture) vil samle informasjon om dagens stamfiskoppdrett og praksis i bransjen. Alle relevante prøver som trengs fra G0-stamfisk vil bli hentet i AP2 (ledet av Havforskningsinstituttet (HI)) og alle relevante G1-avkom fenotyper målt og testet for signifikante effekter i AP3 (ledet av Nofima). Hvis signifikante fenotypiske effekter oppdages, vil relevante prøver bli gjenstand for metylomisk, transkriptomisk og metabolomisk testing i AP4 (ledet av University of Santiago de Compestella), og dette vil gi data for meta-analysesammenligning med andre prosjekter og utarbeide anbefalinger om mulige forebyggende tiltak, behandlinger og områder for fremtidig forskning i AP5 (ledet av Institut de Ciencies del Mar). De deltakende selskapene Mowi og Benchmark Genetics skal stå for forskjellige oppdrettsmiljøer for dyr og stamfisk.
AP1: Sammenstilling av informasjon om gjeldende praksis for stamfiskoppdrett i bransjen
Oppgave 1.1: Litteraturgjennomgang og bransjeundersøkelse
For å samle inn data om dagens stamfiskoppdrett og kjønnsmodningspraksis, potensielle utfordringer og muligheter, vil prosjektet utarbeide og sende en spørreundersøkelse til alle selskaper som har stamfisk av atlantisk laks og leverer prøvemateriale. Det vil også bli gjort en litteraturgjennomgang.
Oppgave 1.2: Industriarbeidsmøte
Prosjektet vil inkludere et arbeidsmøte om “Nåværende stamfiskoppdrett og avlspraksis, potensielle utfordringer og muligheter” som vil inkludere alle avls- og oppdrettsselskap i Norge. Denne arbeidsmøtet vil bli gjennomført i prosjektets første år. Det skal etableres en podkast for prosjektet.
Oppgave 1.3: Formidling av arbeidsmøte
En rapport om potensielle utfordringer og muligheter vil bli publisert og gjort tilgjengelig for næringen. Formidlingen vil ta form av en Teams®-presentasjon, med lenker til publikasjoner og pressemeldinger. Beslutning om videre retning for prosjektet vil bli bestemt basert på innsamlede data og eventuelle justeringer av AP2 vil bli implementert.
AP2: G0-stamfisk oppdrettsmiljø
I denne arbeidspakken vil man gjennomføre flere eksperimentelle stamfiskforsøk relatert til dagens praksis for å undersøke om disse har intergenerasjonelle epigenetiske effekter. Der det er mulig, vil prøver fra egg og melke bli tatt ut fra helsøsken stamfisk oppdrettet under forskjellige betingelser for å unngå blandede effekter av genetikk eller genotype-for-miljø-interaksjoner, og for å gi en relativt ensartet genetisk bakgrunn for sammenligning. Arbeidspakken er delt inn i to deler: A) to generelle miljøforskjeller i oppdrettsbransjen og B) tre mer spesifikke forskjeller i næringen. Denne arbeidspakken vil gi materiale for analyse i AP3–AP5.
Del A. Sammenligning av dagens oppdrettsmiljø
Gjennom industrisamarbeid vil man sammenligne generasjonseffektene av dagens bransjepraksis for stamfiskoppdrett og kjønnsmodning, og dette vil gjøre funn og anbefalinger umiddelbart anvendelige og relevante for å forbedre produksjonsfisk.
Oppgave 2a.1: Sjøbasert produksjonsmiljø i Midt- og Sør-Norge
Eksisterende helsøsken (G0) avlskjernefamilier fra midtre og sørlige lokaliteter ble strøket i januar 2024 og befruktet for å skape G1-kjernefamilier. Disse stamfiskproduksjonene representerer forskjellige miljøparametere (oksygen, temperatur, pH, saltholdighet etc.) og stammer fra områder med høy oppdrettsaktivitet. På denne måten kan hver familie (G1-avkom) avledet fra midtnorsk stamfisk sammenlignes med “kontrollfamilier” selektert med høy genetisk slektskap (G1-avkom) med opphav fra sørligere områder.
Oppgave 2a.2: Land- versus sjøbasert produksjon
I et tidligere prosjekt ble metylom og transkriptom av G1-avkom generert fra stamfisk oppdrettet i et RAS-miljø sammenlignet med avkom av stamfisk oppdrettet i sjømerder. I dette prosjektet vil man legge til ytterligere sammenligninger og samle inn fenotypiske data for å gjøre en grundig evaluering av stamfiskmiljø på land versus sjø. Stamfisken skal røktes og kjønnsmodnes enten som landrekrutter (“på land”) eller som sjørekrutter (“i sjø”). Synkronisert gyting vil tillate sammenligning av G1-kohorter (AP3). Det vil bli tatt prøver for testing av epigenetisk profilering (beslutningspunkt etter oppgave 3.7).
Del B. Fototermale gytesesongmanipulasjoner, lusefjerning
Her vil man dra nytte av eksisterende kohorter av voksen fisk som holdes både i kar og merder. I tillegg har man unikt materiale (både stamfisk og avkom) fra et tidligere FHF-finansiert prosjekt, “Stamfiskernæring i norsk lakseproduksjon” (FHF-901570) som inkluderer tre ulike gytesesonger.
Oppgave 2b.1: Kontinuerlig versus naturlig lysforhold
Sommeren 2023 ble fisken fordelt i kar på land med ulike fotoregimer (naturlig lys [NL] eller kontinuerlig kunstig lys [KL]). All fisk registreres hver tredje måned for vekt- og organstatus (lever, hjerte, gonader og innvoller). Kjønnsmodning vil skje fra sommeren 2025, og gonader vil bli prøvetatt og G1 produsert for epigenetisk profilering (beslutningspunkt etter oppgave 3.7).
Oppgave 2b.2: Forsøk med behandling av lakselus
Fisk på vei mot gyting vil enten bli utsatt for en kombinasjon av AlphaMax/spyling og Thermolicer avlusningsbehandlinger annenhver måned, eller holdes ubehandlet som kontrollgruppe. Gonader vil bli prøvetatt fra utvalgte fisk for epigenetisk profilering. Deretter vil fisken strykes.
Oppgave 2b.3: Eksperiment med gytesesong
Som oppfølging av tidligere prosjektarbeid (FHF-901570) vil man evaluere intergenerasjonelle epigenetiske effekter av fototermisk behandling av stamfisk, samt når stamfisk er spesielt utsatt for epigenetisk programmering. Stamfisken ble behandlet med både lys og temperatur for enten å akselerere (tidlig gruppe) eller forsinke (sen gruppe) gytingen sammenlignet med normal gyting i november. Gonader fra hunnfisk vil bli samlet inn for AP4 og AP5; analyse av DNA-metylering og RNA-ekspresjonsendringer (avhengig av eventuelt beslutningspunkt etter oppgave 3.7).
AP3: Påvirkning av stamfiskbehandlinger på fenotypene til G1-avkom
Kunnskap om påvirkningen av stamfiskmiljøer og behandling på avkommets senere fenotype (vekst, overlevelse, helse etc.), vil være et sentralt resultat av dette prosjektet med viktige implikasjoner for næringen.
Oppgave 3.1: Rognkvalitet, klekkesuksess og vekst
Nybefruktede egg ble samlet inn fra hver gytesesongs forsøksgruppe (oppgave 2b.2, 2a.2 og 2b.1). Hvis epigenetiske effekter på fenotype oppdages i disse forsøkene (beslutningspunkt oppgave 3.7), vil samlede prøver av eggpartier bli testet ved hjelp av metylomikk, metabolsk profilering, RNA-sekvensering og mikroRNA (beskrevet i AP4). Overlevelse vil bli overvåket og eggstørrelse målt. Klekkerate vil bli etablert, og aleviner (oppsvømmende larver) prøvetatt for lengde/vektmåling. Vekst og velferd skal jevnlig registreres, og biomasse reduseres. Skinnhelse og beindeformiteter vil bli evaluert og prøver av helfisk vil bli analysert for ernæringsstatus hvis forskjeller i vekst observeres.
Oppgave 3.2: Avkommets robusthet
Avkom vil eksponeres for ulike stressfaktorer for å undersøke om de tidligere stamfiskmiljøene og behandlingene har innflytelse på tidlige immun- og stressresponser.
Oppgave 3.3: In vitro-systemer
Ytterligere stresstester vil bli utført ved hjelp av in vitro-modeller for å bestemme immunologisk og metabolsk status hos avkommet.
Oppgave 3.4: Deformiteter og slimhinnehelse
Skjelettdeformiteter vil bli analysert og mineralisering vil bli evaluert på ulike utviklingsstadier. Slimhinnehelse, barrierestruktur og integritet vil bli vurdert. Det vil bli tatt prøver på flere tidspunkter fra parr til smoltifisering.
Oppgave 3.5: Lever og muskel hos yngel
Muskel og lever er primære organer av betydning for regulering av henholdsvis vekst og metabolisme/velferd, og forventes å påvirkes av stamfiskbehandling. Prøver vil bli samlet inn og vurdert for DNA-metylering ved EM-seq og RNA-sekvenseringsanalyse (AP4) ved beslutningspunktet etter oppgave 3.7.
Oppgave 3.6: Smoltifisering og tidlig kjønnsmodning
Under smoltifiseringen vil det bli tatt prøver og fisk vil bli utsatt for en 48 timers eksponering for sjøvann for å vurdere smoltifiseringsstatus og -kvalitet (potensielle effekter av tidligere stamfiskbehandlinger). Vekst og velferd vil bli overvåket, inkludert deformitetsevaluering ved hjelp av røntgen. Tegn på tidlig modning vil bli overvåket ved hver prøvetaking. Etter smoltifisering vil det bli tatt prøver for muskelhistologisk analyse for å se etter indikatorer på forskjeller i utvikling av filetkvalitet (muskelstyrke, melaninflekker, spalting, innfarging og fettavleiring).
Oppgave 3.7: Analyse av fenotyper og beslutning om omics-testing
Analysene vil identifisere G1-fenotyper som er signifikant forskjellige fra de forskjellige G0-stamfiskmiljøene, og dette vil være et viktig beslutningspunkt for å avgjøre om man skal følge opp metylom, transkriptom og metabolomisk analyse. Den fenotypiske analysen vil også muliggjøre en full evaluering av mulige positive og/eller negative epigenetiske effekter av dagens oppdrettspraksis og miljøbetingelser på produksjon, helse, filetkvalitet og velferd for oppdrettsfisk i Norge i 2026.
AP4: Epigenetiske merker assosiert med intergenerasjonelle fenotypiske effekter
AP4 vil undersøke de intergenerasjonelle epigenetiske mekanismene som er i spill. Denne kunnskapen kan muliggjøre fremtidig utvikling av behandlinger og andre virkemidler.
Oppgave 4.1: Epigenetisk opprinnelse til G1-fenotypiske forskjeller
Basert på forskjellene mellom G1-fenotyper og deres innvirkning på akvakultur (oppgave 3.7), vil en av G0-stamfiskmiljø/-behandlingene bli analysert ved hjelp av omics-tilnærming for å fastslå den epigenetiske opprinnelsen bak eventuelle forskjeller. Metylomet (den mest relevante epigenetiske markør) og kromatintilgjengelighet (en markør for andre funksjonelle epigenetiske endringer, for eksempel histonmodifikasjoner) vil bli analysert i G1-larver. Transkriptomet fra de samme larvene vil bli profilert for å finne funksjonelle koblinger mellom epigenetiske markører og fenotyper. Analysene vil skje i AP5. Dette vil være beslutningspunkt for å bestemme hvilke prøver som skal brukes til å følge arv av epigenetiske merker fra hann- eller hunnstamfisk.
Oppgave 4.2: Arv av epigenetiske merker
Egg og melke vil bli analysert for å forstå opprinnelsen til de relevante epigenetiske merkene for den mest interessante sammenligningen basert på fenotypiske og epigenetiske forskjeller (oppgave 4.1, beslutningspunkt etter analyse i AP5). Transkriptomet av ubefruktet egg påvirker utviklingen av zygoten, med mikroRNA som epigenetisk mekanisme, mens metabolomet er direkte forbundet med egg- og embryokvalitet. Metylom, kromatin og transkriptom vil bli studert som beskrevet i oppgave 4.1.
Oppgave 4.3: Tidspunkt for epigenetiske modifikasjoner i G0
Tidspunkt for etablering av de epigenetiske markørene i stamfisken vil bli studert slik at stadiespesifikke moduleringer kan brukes i oppdrettsnæringen.
AP5: Meta-analyse og anvendelse
Oppgave 5.1: Analyse av omics-resultater
Analysen vil identifisere epigenetiske merker som er etablert i forbindelse med forskjellige G0-stamfiskmiljøer og nedarvet fra G1-avkom.
Oppgave 5.2: Meta-analyse med kobling til andre prosjekter og publiserte data
Man vil bruke tilgjengelige metylom- og transkriptomdata fra andre prosjekter for å lete etter tilsvarende mønstre av DNA-metylering og gentranskripsjon, og for å sammenligne responsen på eksponering med andre behandlinger eller miljøer på ulike stadier av utviklingen av atlantisk laks.
Oppgave 5.3: Formidling av prosjektfunn, datahåndtering og rapportering
Det vil bli utarbeidet en plan for håndtering av data, møter, pressemeldinger og rapporter. Rapportere anbefalinger om mulige forebyggende metoder, behandlinger og områder for fremtidig forskning som vil være nødvendig for å programmere laksens epigenom til fordel for norsk havbruk.
Løpende kommunikasjon av resultater vil skje gjennom podcaster, publikasjoner, pressemeldinger, åpne nettfora (i forbindelse med prosjektmøter tatt opp som YouTube®-videoer), sosiale medier, konferanser og bransjemesser på norsk og engelsk. Nofima har flere etablerte plattformer (nofima.no, sosiale medier, ukentlige nyhetsbrev, magasinet Næringsnytte, pressemeldingsavtaler med NTB Kommunikasjon, stands og presentasjoner på havbruksmesser og bransjearrangementer).
Partnere har allerede et stort publikum på sosiale medier og høy Google®-søkerelevans. Prosjektet vil etablere en nettside på Nofima.no/prosjekter som beskriver prosjektet og lenker til relevant materiale (formidlingsvideoer, brosjyrer, informasjonsartikler etc.). Relevante data vil bli gjort tilgjengelig og lagret i Stamfisk datalager etablert av TS ved Havforskningsinstituttet.
Målrettede akva-media: intrafish.no, kyst.no, ilaks.no og lignende.
Offentlige medier: Dagens Næringsliv, forskning.no og lokalaviser.
Bioteknologi-media: Dette vil inkludere GENialt.
Pressemateriell vil bli delt med partnere for distribusjon til mediekontakter i sine respektive land. Outreach (åpne on-line fora) vil bli holdt med avls- og oppdrettsselskaper for å starte toveis dialog og sikre implementering av relevante resultater.
Vitenskapelige resultater vil bli formidlet gjennom publikasjoner og nasjonale/internasjonale konferanser. Det planlegges publisering av seks vitenskapelige artikler og innholdet i hver av dem vil bli presentert på internasjonale/nasjonale konferanser (f.eks. Havbruk, Aquaculture Europe, Sea Lice Conference, Genomics in Aquaculture og International Society for Genetics in Aquaculture).
Partnere har allerede et stort publikum på sosiale medier og høy Google®-søkerelevans. Prosjektet vil etablere en nettside på Nofima.no/prosjekter som beskriver prosjektet og lenker til relevant materiale (formidlingsvideoer, brosjyrer, informasjonsartikler etc.). Relevante data vil bli gjort tilgjengelig og lagret i Stamfisk datalager etablert av TS ved Havforskningsinstituttet.
Målrettede akva-media: intrafish.no, kyst.no, ilaks.no og lignende.
Offentlige medier: Dagens Næringsliv, forskning.no og lokalaviser.
Bioteknologi-media: Dette vil inkludere GENialt.
Pressemateriell vil bli delt med partnere for distribusjon til mediekontakter i sine respektive land. Outreach (åpne on-line fora) vil bli holdt med avls- og oppdrettsselskaper for å starte toveis dialog og sikre implementering av relevante resultater.
Vitenskapelige resultater vil bli formidlet gjennom publikasjoner og nasjonale/internasjonale konferanser. Det planlegges publisering av seks vitenskapelige artikler og innholdet i hver av dem vil bli presentert på internasjonale/nasjonale konferanser (f.eks. Havbruk, Aquaculture Europe, Sea Lice Conference, Genomics in Aquaculture og International Society for Genetics in Aquaculture).