Tracing the Origin of Farmed Atlantic Salmon Escapees by DNA Parentage Assignment: Optimizing Methods and Real-Life Validation Studies

Dette prosjektet var forankret i arbeidet med å utvikle metoder for å skille rømt fisk fra villfisk og spore oppdrettslaks tilbake til anlegget de rømte fra. Formålet med dette prosjektet har dermed vært standardisering av protokoller for DNA-konservering og -ekstraksjon samt å utvikle et SNP-basert markørpanel for tilordning av mistenkt rømt oppdrettsfisk til sine oppdrettsforeldre.

 

SNP-panelet ble evaluert på tre måter:
• tilordning når foreldre er hel- eller halvsøsken,
• tilordning ved mange potensielle foreldre og
• eksklusjonsstyre med hensyn på villfisk.
Standardisering av metoder for DNA-ekstraksjon mellom laboratorier og metode for DNA-ekstraksjon er viktig for genotypingsresultatet.

 

Et SNP-panel med 60 SNPer ble utviklet og viste 97 % vellykket tilordning når foreldre var hel- eller halvsøsken og med 72 % vellykket tilordning til gyldig foreldrepar når det var mange potensielle foreldre. Ingen villfiskprøver ble tilordnet.

Resultatene fra disse test-eksperimentene viser at SNP-genetiske markører kan tilordne fisk til sine rettmessige foreldre med stor grad av nøyaktighet. Man har identifisert en prosedyre for DNA-ekstraksjon og genotyping som er både kostnads- og tidseffektivt.

I praksis betyr dette at en mistenkt rømt oppdrettsfisk kan spores tilbake til opprinnelsespunktet (lokalitet) med svært høy sikkerhet, men implementering av et slikt system vil kreve at to vilkår er oppfylt:
(i) den genetiske profilen til alle potensielle foreldre må være registrert i en database, og
(ii) produsenter som leverer genetisk materiale (befruktede egg) til lokaliteter må sikre at innen et forhåndsbestemt geografisk område må ikke to lokaliteter få startmateriale fra nøyaktig samme foreldre.

Siden produsentene allerede rutinemessig genotyper stamfisken og har full kontroll over sine krysningsskjemaer, mener man at disse vilkårene kan oppfylles.

 

Summary
This project focused on developing methods for distinguishing escaped farmed fish from wild fish and tracing escapees back to their farm of origin. Specific elements within this project have been to standardize protocols for DNA preservation and extraction as well as developing a SNP marker panel for assigning suspected escaped farmed fish to their breeding parents.

Starting with a set of 5650 Altantic salmon SNPs, a subset of 59 was chosen based on their informativeness and physical distribution for use in performing genetic assignment of offspring to parents. Although the project team chose to continue with this set of 59, there are hundreds of other potential candidate SNPs which could be used for tracing.

The SNP panel was tested in three ways;
• validation study 1 attempted assignment when the number of offspring exceeded parents and included offspring samples not belonging to any of the provided parents;
• validation study 2 included few offspring but many possible parents; and finally
• validation study 3 explored the power of the SNP set to excluded wild fish.

The project found that standardization of DNA extraction methods between laboratories and the exact method of DNA extraction has an impact on power of assignment. Furthermore, this particular SNP panel demonstrated a good power to assign offspring to parents with high precision and was able to avoid erroneously assigning wild fish.

This project provides a solid proof of principle that SNPs can be used for assignment, however the project team believes that optimization of the SNP panel, especially the inclusion of additional SNPs, and of the algorithm used for automated assignment is necessary to be able to attain 100 per cent assignment while at the same time allowing for some genotyping error.

The practical benefit of such optimization would be that a suspected escaped farmed-fish could be traced to its point of origin (farm) with very high confidence, however implementation of this system would require that two conditions are first met:
(i) the genetic profile of all potential parents must be registered within a database; and
(ii) producers delivering genetic material (fertilized eggs) to farms must ensure that within a to-be-determined geographic range no two farms receive start material from the exact same parents.

Since producers already routinely sample their brood-stock and have complete control over their crossing schemes, the project team believes that these conditions can be met.