Prosjektnummer
901418
Program rensefisk: Reproduksjonsbiologi hos rognkjeks: En nøkkel til et vellykket avlsprogram (CYCLOBREED)
Ny kunnskap om reproduksjonsbiologi som vil bidra til forbedret oppdrett av rognkjeks
• A detailed description of lumpfish reproductive biology has been described in terms of gonadal development using histological analysis and physiology using sex steroid development.
• Demonstrated that spawning of lumpfish can be shifted using photomanipulation and spawning can also be synchronized by increasing the temperature prior to ovulation.
• Developed a non-invasive gender identification protocol during juvenile stage (less than 50 g) to adults using the ultrasound.
• With this protocol male and female juvenile lumpfish can be separated at an earlier stage and this early-stage gender identification is important for breeding program. This early selection optimizes the use of the broodstock facility since fewer males are needed compared to females for egg production. Further maturation monitoring is useful for the timing of cryopreservation and egg production.
• Demonstrated that spawning of lumpfish can be shifted using photomanipulation and spawning can also be synchronized by increasing the temperature prior to ovulation.
• Developed a non-invasive gender identification protocol during juvenile stage (less than 50 g) to adults using the ultrasound.
• With this protocol male and female juvenile lumpfish can be separated at an earlier stage and this early-stage gender identification is important for breeding program. This early selection optimizes the use of the broodstock facility since fewer males are needed compared to females for egg production. Further maturation monitoring is useful for the timing of cryopreservation and egg production.
Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige sluttrapport
En detaljert beskrivelse av reproduksjonsbiologien til rognkjeks er presentert. Den beskriver gonadeutviklingen basert på histologiske analyser og analyser av kjønnshormoner. Denne kunnskapen om basal reproduksjonsbiologi til rognkjeks blir benyttet av industrien i oppdrett av rognkjeks i deres anlegg. Resultatene har vist at fotomanipulering kan endre gytetidspunktet for rognkjeks. Gyting kan også synkroniseres ved å øke temperaturen før ovuleringen. Dette betyr at man, ved hjelp av fotomanipulering, kan få rognkjeks til å gyte til forskjellige tider på året. Komprimering av den naturlige fotoperioden medførte tilsvarende komprimering av utviklingen av kjønnshormoner og fremskyndet gonadeutvikling og tidligere gyting.
Denne kunnskapen er nå tatt i bruk av AquaGen og Namdal Rensefisk. I tillegg er det i Cyclobreed-prosjektet utviklet en non-invasive metode for kjønnsbestemmelse av små rognkjeks (under 50 g) ved hjelp av ultralyd. Denne metoden har en presisjon på over 90 %. Dette er et viktig verktøy som er til stor nytte for avlsselskaper for å oppnå en gunstig kjønnsfordeling (forhøyet andel hunnfisk) i deres avlsprogram. AquaGen har nå tatt i bruk denne metoden i sitt avlsprogram for rognkjeks
Å kunne styre gyting for å kunne produsere rognkjeks til ønsket tid er svært viktig for næringen. Temperatur og lusepress er avgjørende for når man ønsker utsett av rognkjeks. Resultatene fra prosjektet er tatt i bruk av næringen og gjør det mer sannsynlig at man kan få tilgjengelig rognkjeks til rett tid.
-
Fact sheet: Effects of photoperiod and temperature on gonadal development of Lumpfish (Cyclopterus Lumpus)
AquaGen, NTNU, Namdal rensefisk, Technical University of Denmark (DTU), and Nofima. June 2019.
-
Sluttrapport: Reproductive biology of lumpfish (Cyclopterus lumpus): A key to successful selective breeding
Nofima. Academic final report. 5 August 2022. By Velmurugu Puvanendran (project leader) (Nofima), Erik Burgerhout (Nofima), Øyvin Johannes Hansen (Nofima), Helge Tveiten (Nofima/University of Tromsø (UiT)), Elin Kjørsvik (NTNU – Norwegian University of Science and Technology), Frank Mlingi (NTNU), Jonna Tomkiewicz (Technical University of Denmark (DTU)), Maren Mommens (AquaGen), Rikard Hageskal (AquaGen), and Nina Iversen (Namdal Rensefisk).
For at bruken av rognkjeks som rensefisk i laksemerder skal være en bærekraftig løsning for lusekontroll, trengs mer kunnskap om rognkjeksens biologi for å kunne oppdrette nok rognkjeks til å dekke industriens behov. I dag er næringen avhengig av villfanget stamfisk til å produsere rognkjeksyngel. Det er en uholdbar situasjon. Det er derfor et presserende behov for å utvikle produksjonen av rognkjeksyngel fra oppdrettet stamfisk. Å lukke livssyklusen og produsere yngel fra oppdrettet stamfisk er også nødvendig for å kunne drive avlsarbeid på rognkjeks. Det krever imidlertid at man har tilstrekkelig kunnskap om hva som styrer reproduksjonen. Først når dette er kjent og man behersker produksjonen av stamfisk i oppdrett er det mulig å forbedre egenskaper som lusespising og velferd hos rognkjeks gjennom avl.
Selv om rognkjeks er viktig når det gjelder lakseluskontroll har en mangelfull kunnskap om artens reproduksjonsbiologi. I dette prosjektet, CYCLOBREED, vil en derfor studere kjønnsbestemmelse av liten fisk, endokrinologi (kjønnshormoner i blod) og genuttrykk i hjerne, hypofyse og gonader samt somatiske egenskaper (gonadevekst) under kjønnsmodning og reproduksjon. Ervervet kunnskap vil bli brukt til å selektere stamfisk og etablere protokoller for sesonguavhengig reproduksjon hos oppdrettet rognkjeks og til å utvikle et avlsprogram for rognkjeks. Dette vil øke betydningen av rognkjeks som rensefisk og gjøre rognkjeksoppdrett mer bærekraftig. Samlet sett vil resultatene fra CYCLOBREED ha en positiv virkning på det globale omdømmet til norsk lakseoppdrett.
Det er viktig å komme bort fra avhengigheten av ville populasjoner for oppdrett av rognkjeks. For vellykket domestisering av stamfisk av rognkjeks kreves bedre forståelse for reproduksjonsbiologien og fysiologien til stamfisken, og dette er også nødvendig for å kunne drive et avlsprogram på rognkjeks. For å skaffe den nødvendige kunnskapen vil en studere gonadeutvikling og reproduksjonsfysiologi under forskjellige lys- og temperaturforhold. Det vil utvikles metode for å skille hann- og hunnfisk på så tidlig stadium som mulig, og også undersøke effekten av lys- og temperaturmanipulering på eggkvalitet.
Det er viktig å komme bort fra avhengigheten av ville populasjoner for oppdrett av rognkjeks. For vellykket domestisering av stamfisk av rognkjeks kreves bedre forståelse for reproduksjonsbiologien og fysiologien til stamfisken, og dette er også nødvendig for å kunne drive et avlsprogram på rognkjeks. For å skaffe den nødvendige kunnskapen vil en studere gonadeutvikling og reproduksjonsfysiologi under forskjellige lys- og temperaturforhold. Det vil utvikles metode for å skille hann- og hunnfisk på så tidlig stadium som mulig, og også undersøke effekten av lys- og temperaturmanipulering på eggkvalitet.
CYCLOBREED-prosjektet passer godt inn i Nofimas strategi fra 2013, der bekjempelse av lakselus ved bruk av rensefisk er et prioritert område. I tråd med dette har Nofima gjennomført innledende forsøk som har vist at gonadeutvikling hos rognkjeks kan påvirkes av lys- og temperaturmanipulering. Avlsselskapet AquaGen, som deltar i prosjektet, er også klar over betydningen av å forstå reproduksjonsbiologien til rognkjeks i forbindelse med drift av et avlsprogram.
Nofima har gjennomført forsøk som viser at rognkjeksens evne til å spise lus spise er genetisk betinget, og AquaGen understreker viktigheten av å forstå rognkjeksens reproduksjonsbiologi og fysiologi for å kunne øke denne evnen gjennom avl. Målsetningen for CYCLOBREED faller sammen med ønsket i FHFs handlingsplan om å øke lusespiseevnen til rensefisk, og dermed redusere behovet for rensefisk i laksemerder.
Hovedmål
1. Å tilegne seg kunnskap om rognkjeksens reproduksjonsbiologi og -fysiologi under varierende miljøforhold og øke kunnskapen om de underliggende mekanismene som er involvert.
2. Å utvikle teknikker for å produsere grupper av juvenile rognkjeks på ulike tider av året ved hjelp av lys- og temperaturmanipulering.
3. Å sammenligne effekten av kort- og langvarig manipulering av fotoperiode og temperatur på gonademodning, gyting og eggkvalitet.
1. Å tilegne seg kunnskap om rognkjeksens reproduksjonsbiologi og -fysiologi under varierende miljøforhold og øke kunnskapen om de underliggende mekanismene som er involvert.
2. Å utvikle teknikker for å produsere grupper av juvenile rognkjeks på ulike tider av året ved hjelp av lys- og temperaturmanipulering.
3. Å sammenligne effekten av kort- og langvarig manipulering av fotoperiode og temperatur på gonademodning, gyting og eggkvalitet.
Delmål
1. Å avklare effekten av forskjellige lys- og temperaturregimer på kjønnsutvikling og gytetidspunkt hos rognkjeks.
2. Å undersøke hvordan miljøsignaler formidles innenfor BPG-aksen (hjerne-hypofyse-gonade).
3. Å vurdere effekten av å fremskynde eller komprimere sykluser av lys og temperatur på kvaliteten til kjønnsceller.
4. Å skaffe kunnskap om hvordan gonadeutvikling hos rognkjeks foregår – synkron eller asynkron oocyttutvikling (dvs. gyter de en eller flere ganger i løpet av samme sesong).
5. Å få informasjon om rognkjeks iteroparity (dvs. om rognkjeks kan gyte flere ganger i året og hva er dødelighet etter gyting).
6. Å undersøke om fleregangsgytere er bedre eggprodusenter med hensyn til kvalitet og kvantitet.
7. Å utvikle en metode for deteksjon av modnende rognkjeks som ikke medfører fysisk inngrep (“non-invasive”).
8. Det endelige målet er å bruke all kunnskapen som fremskaffes i prosjektet i et avlsprogram som har som mål å øke effektiviteten av lusespising hos rognkjeks.
CYCLOBREED-prosjektet vil øke kunnskapen om reproduksjonsbiologi/-fysiologi hos rognkjeks, og bidra til å utvikle protokoller for å styre gonadeutvikling og gyting hos stamfisk av rognkjeks, slik at helårig produksjon av rognkjeksyngel fra oppdrettet stamfisk og utvikling av et avlsprogram blir mulig. Samlet sett vil CYCLOBREED-prosjektet fremskaffe verdifull ny kunnskap om rognkjeks reproduksjonsfysiologi og dens anvendelse.
På kort sikt vil metodene som utvikles i dette prosjektet gjøre det mulig å produsere rognkjeks året rundt. Dette vil bidra til at lakseoppdretterne kan sette ut rognkjeks i merdene på de gunstigste tidspunktene, og dermed øke lusespiseeffektivitet.
På lang sikt vil prosjektet bidra til å fremskaffe kunnskapen som er nødvendig for å starte et avlsprogram for å øke lusespiseaktiviteten hos rognkjeks. Det vil øke effektiviteten for rognkjeks som rensefisk ved å redusere nødvendig antall rognkjeks i laksemerdene. Dette vil ikke bare øke lønnsomheten for oppdretterne, men også velferden til laksen på grunn av mer effektiv medikamentfri lusekontroll. Dette vil også bedre omdømmet til norsk oppdrettslaks.
På lang sikt vil prosjektet bidra til å fremskaffe kunnskapen som er nødvendig for å starte et avlsprogram for å øke lusespiseaktiviteten hos rognkjeks. Det vil øke effektiviteten for rognkjeks som rensefisk ved å redusere nødvendig antall rognkjeks i laksemerdene. Dette vil ikke bare øke lønnsomheten for oppdretterne, men også velferden til laksen på grunn av mer effektiv medikamentfri lusekontroll. Dette vil også bedre omdømmet til norsk oppdrettslaks.
Dette prosjektet er svært relevant for lusebekjempelse i lakseoppdrett. Hittil er det benyttet vill stamfisk for produksjon av rognkjeksyngel, og kunnskapen om bruk av oppdrettet stamfisk er mangelfull. Prosjektet vil belyse hvordan miljøfaktorer (fotoperiode og temperatur) påvirker mekanismene for gonadeutvikling hos rognkjeks. Dette er viktig kunnskap med tanke på å benytte oppdrettet stamfisk i et avlsprogram, og for å kunne produsere rognkjeksyngel til forskjellige tider på året ved hjelp av lys- og temperaturmanipulering, noe som vil øke effektiviteten til rognkjeks som lusespiser. Prosjektet vil styrke det internasjonale omdømmet til norsk lakseoppdrettsnæring gjennom å redusere eller eliminere bruk av kjemiske metoder for å kontrollere lus. Resultatene fra prosjektet vil dermed hjelpe lakseoppdrettsnæringen både økonomisk og sosialt.
Prosjektet er delt opp i fem arbeidspakker:
Arbeidspakke 1
Effektene av korttidsmanipulering av fotoperiode og temperatur på gonademodning, gyting og eggkvalitet
I første omgang vil all fisk holdes ved omgivelsestemperatur (4–9 °C). To av tankene vil bli holdt i kort dagslys (SDL) (8L: 16D) (der L er timer lys og D er timer mørke) og to andre i kontinuerlig dagslys (CDL) i tre måneder. Etter tre måneder vil fotoperioden for begge SDL-tankene bli endret til kontinuerlig lys. En tank hver i SDL og CDL vil bli oppbevart ved omgivelsestemperatur 0 °C (SDL0T og CDL0T), og den andre tanken i SDL og CDL vil bli holdt ved omgivelsestemperatur +3 °C (SDL3T og CDL3T). Blod- og gonadeprøver vil bli tatt med jevne mellomrom for histologi, genuttrykk og sexsteroidanalyse. Resultatene av denne kortvarige fotoperioden og temperaturmanipuleringen vil bli sammenlignet med resultatene av langvarig fotoperiode- og temperaturmanipulering (arbeidspakke 2) når det gjelder gonadal utvikling, gyting og eggkvalitet.
Arbeidspakke 2
Arbeidspakke 2.1 Langtidseffekter av manipulering av fotoperiode og temperatur
For å undersøke effektene av lys og temperatur på gonadeutvikling vil ett år gamle oppdrettede rognkjeksyngel (F1 generasjon) bli eksponert for naturlig (NL – 2 tanker) og ni-måneders komprimert (CL – 2 tanker) fotoperiode fra starten av januar 2018. Begge gruppene vil bli holdt på konstant temperatur på 4–5 °C fram mot slutten på gonademodningen (fulgt gjennom månedlige prøver av blod og gonade). Før sluttmodning og ovulering vil temperaturen i en tank fra NL og CL bli gradvis økt til 7 °C, mens de to andre tankene vil bli holdt videre på 4 °C. Dette vil gi fire behandlinger:
Effektene av korttidsmanipulering av fotoperiode og temperatur på gonademodning, gyting og eggkvalitet
I første omgang vil all fisk holdes ved omgivelsestemperatur (4–9 °C). To av tankene vil bli holdt i kort dagslys (SDL) (8L: 16D) (der L er timer lys og D er timer mørke) og to andre i kontinuerlig dagslys (CDL) i tre måneder. Etter tre måneder vil fotoperioden for begge SDL-tankene bli endret til kontinuerlig lys. En tank hver i SDL og CDL vil bli oppbevart ved omgivelsestemperatur 0 °C (SDL0T og CDL0T), og den andre tanken i SDL og CDL vil bli holdt ved omgivelsestemperatur +3 °C (SDL3T og CDL3T). Blod- og gonadeprøver vil bli tatt med jevne mellomrom for histologi, genuttrykk og sexsteroidanalyse. Resultatene av denne kortvarige fotoperioden og temperaturmanipuleringen vil bli sammenlignet med resultatene av langvarig fotoperiode- og temperaturmanipulering (arbeidspakke 2) når det gjelder gonadal utvikling, gyting og eggkvalitet.
Arbeidspakke 2
Arbeidspakke 2.1 Langtidseffekter av manipulering av fotoperiode og temperatur
For å undersøke effektene av lys og temperatur på gonadeutvikling vil ett år gamle oppdrettede rognkjeksyngel (F1 generasjon) bli eksponert for naturlig (NL – 2 tanker) og ni-måneders komprimert (CL – 2 tanker) fotoperiode fra starten av januar 2018. Begge gruppene vil bli holdt på konstant temperatur på 4–5 °C fram mot slutten på gonademodningen (fulgt gjennom månedlige prøver av blod og gonade). Før sluttmodning og ovulering vil temperaturen i en tank fra NL og CL bli gradvis økt til 7 °C, mens de to andre tankene vil bli holdt videre på 4 °C. Dette vil gi fire behandlinger:
1. NL 4 °C
2. NL 7 °C
3. CL 4 °C
4. CL 7 °C.
2. NL 7 °C
3. CL 4 °C
4. CL 7 °C.
Resultater fra behandling 1 og 3 vil vise effekten av fotoperiode NL og CL alene, mens resultatene fra behandling 2 og 4 vil vise effekten av forhøyet temperatur under sluttmodningen. Dette oppsettet vil også gi svar på om rognkjeks kan lys- (og temperatur-) manipuleres til å gyte året rundt. Etter gyting vil fisken bli holdt i de samme tankene, og temperaturen vil på nytt bli satt til 4 °C i første/andre kvartal 2020 og fisken overvåket inntil andre gyting til 2020. Egg og sperm fra stamfisken vil bli strøket, eggene befruktet og inkubert til klekking. Videre oppfølging av den klekte yngelen er ikke planlagt innenfor dette prosjektet.
Arbeidspakke 2.2 Prøvetaking
Månedlige prøver av blod (for kjønnshormoner), gonader (histologi – gonadeutvikling), hjerne, hypofyse, hodenyre og lever (genekspresjon) vil bli tatt og preservert i egnede media inntil analyse i AP3, AP4 og AP5. Videre vil prøver av sperm, egg, embryoer og nyklekkede larver bli tatt med passende tidsintervaller for analyse av kvalitet på gameter og larver.
Arbeidspakke 3
Kjønnsidentifikasjon og overvåkning av modning ved hjelp av ultralyd
Protokoll for ultralydbasert bestemmelse av kjønn og modningsgrad utvikles. protokollen brukes til å synkronisere og utvide strykevinduet for rognkjeks. Denne kunnskapen vil bli brukt til å overvåke kjønnsmodningen hos individuelle hanner og hunner for (arbeidspakke 4) i prosjektperioden.
Arbeidspakke 4
Reproduksjonsfysiologi
Månedlige prøver av blod (for kjønnshormoner), gonader (histologi – gonadeutvikling), hjerne, hypofyse, hodenyre og lever (genekspresjon) vil bli tatt og preservert i egnede media inntil analyse i AP3, AP4 og AP5. Videre vil prøver av sperm, egg, embryoer og nyklekkede larver bli tatt med passende tidsintervaller for analyse av kvalitet på gameter og larver.
Arbeidspakke 3
Kjønnsidentifikasjon og overvåkning av modning ved hjelp av ultralyd
Protokoll for ultralydbasert bestemmelse av kjønn og modningsgrad utvikles. protokollen brukes til å synkronisere og utvide strykevinduet for rognkjeks. Denne kunnskapen vil bli brukt til å overvåke kjønnsmodningen hos individuelle hanner og hunner for (arbeidspakke 4) i prosjektperioden.
Arbeidspakke 4
Reproduksjonsfysiologi
Endringene i plasmanivå av kjønnshormoner under gonadeutviklingen og mekanismene for styring av gonadeutviklingen hos rognkjeks studeres.
Arbeidspakke 5
Gonadeutvikling og eggkvalitet
Eggcelle- og testikkelutvikling under kjønnsmodning studeres. En vil også søke etter molekylære markører for eggkvalitet hos rognkjeks.
Arbeidspakke 5
Gonadeutvikling og eggkvalitet
Eggcelle- og testikkelutvikling under kjønnsmodning studeres. En vil også søke etter molekylære markører for eggkvalitet hos rognkjeks.
Resultatene fra prosjektet vil bli formidlet i form av rapporter og publikasjoner i internasjonale fagfellevurderte tidsskrifter, gjennom presentasjoner på internasjonale konferanser, på nettsidene til partnerinstitusjonene, og i massemedia (både elektroniske og trykte). Resultatene vil også bli formidlet til rognkjeksprodusenter gjennom direkte kommunikasjon.
-
Sluttrapport: Reproductive biology of lumpfish (Cyclopterus lumpus): A key to successful selective breeding
Nofima. Academic final report. 5 August 2022. By Velmurugu Puvanendran (project leader) (Nofima), Erik Burgerhout (Nofima), Øyvin Johannes Hansen (Nofima), Helge Tveiten (Nofima/University of Tromsø (UiT)), Elin Kjørsvik (NTNU – Norwegian University of Science and Technology), Frank Mlingi (NTNU), Jonna Tomkiewicz (Technical University of Denmark (DTU)), Maren Mommens (AquaGen), Rikard Hageskal (AquaGen), and Nina Iversen (Namdal Rensefisk).
Medieomtale
Namdal Rensefisk har avla fram rognkjeks med resistens mot dødeleg sjukdom
intrafish.no (passord)
. Namdalrensefisk lykkes i første forsøk, første egenproduserte stamfisk av rognkjeks strøket.
www.namdalsavisa.no
Første egenproduserte stamfisk av rognkjeks strøket hos Namdal Rensefisk
kyst.no
Lumpfish researcher wins student prize in Berlin
www.fishfarmingexpert.com
Namdal Rensefisk åpnet verdens første avlsanlegg for rognkjeks
www.ilaks.no
AquaGen med avlsprogram for rognkjeks
intrafish.no (passord)