GenoSysFat - Integrating genomics and systems biology to improve the capacity for synthesis, transport, and filet deposition of EPA/DHA in salmon

GenoSysFat - Integrating genomics and systems biology to improve the capacity for synthesis, transport, and filet deposition of EPA/DHA in salmon

How can we increase the omega-3 content of salmon that are fed sustainable feeds?

A brand new map of the salmon's genome makes it much easier to characterize heritable differences in how well different salmon families utilize the various nutrients.

Laksen er fra naturens side et rovdyr, men spiser nå 50% plantekost. Det er arvelige forskjeller i hvor mye sunn omega-3 en laksekropp tar til seg fra dette moderne fôret.
Foto
Simen Rød Sandve

Salmon farmed on modern feeds contains less of the healthy, long-chain fatty acids (EPA and DHA) than before. Until about 15 years ago, farmed salmon were fed fish oil as a replacement for their omega-3 rich natural prey. However, fish oil is now a scarce resource, and more than half of the fat in modern feeds comes from plant oils that are inexpensive, but devoid of long-chain omega-3 fatty acids. How can we increase the omega-3 content of salmon on sustainable feeds?

One option is to breed salmon that are well adapted to the feeds of the future. There is heritable variation in salmon’s ability to build EPA and DHA from shorter omega-3 fatty acids. The DNA sequence of salmon is now well known, allowing rapid characterization of heritable differences in nutrient utilization. A salmon family that appears promising on one feed, may not be the best on another. Therefore, we need to understand the salmon’s body as a system: a functional whole made up of parts that mutually affect, but also depend on, each other. A systems understanding of the interplay between feed and genetic factors will allow a tailoring of fish to feed and vice versa, which is robust to fluctuations in feedstuff availability and pricing.

GenoSysFat is a first step towards such a systems understanding and involves two biological experiments. 1) A traditional feeding experiment using high- vs low-omega-3 diets and salmon families that differ in feed utilization. 2) A novel study with pieces of liver kept alive and “fed” in laboratory dishes, studying for each fish how different feeds affect metabolism and gene activity. This allows faster and more detailed exploration of the interplay between genetics and feeds. Results will be interpreted with the help of mathematical models for the biochemical reaction networks, which are well established for other species and will be adapted to salmon based on the newly sequenced salmon genome.

Norsk sammendrag:

Oppdrettslaks er en viktig kilde til sunne, langkjedede omega-3-fettsyrer (EPA og DHA), men dessverre ikke i samme grad som før. Fram til årtusenskiftet ble oppdrettslaks fôret med fiskeolje som erstatning for de omega-3-rike byttedyrene som vill laks spiser. Men fiskeolje er en begrenset ressurs, og moderne oppdrettslaks får over halvparten av sitt fett fra planteoljer uten langkjedede omega-3-fettsyrer. Hvordan kan man øke omega-3-innholdet i laks som spiser bærekraftig fôr?

En mulighet er å avle fram laks som er tilpasset framtidas fôr. Det er arvelig variasjon i laksens evne til å lage EPA og DHA av kortere omega-3-fettsyrer, og det nylagde kartet over laksens genom gjør det mulig å raskt karakterisere arvelige forskjeller i hvordan ulike laksefamilier nyttiggjør seg næringsstoffene. En familie som virker lovende på ett fôr, gjør det ikke nødvendigvis best på et annet. Derfor trenger man å forstå laksekroppen som system, altså som en fungerende helhet som består av deler som gjensidig påvirker og avhenger av hverandre. Med en systemforståelse av samspillet mellom fôr og genetiske faktorer vil man både kunne tilpasse fisken til fôret, og fôret til fisken på en fleksibel måte avhengig av tilgangen på ulike fôrråvarer

Prosjektet GenoSysFat er et første skritt mot en slik systemforståelse. To biologiske eksperimenter inngår: Et tradisjonelt fôringsforsøk med to dietter som inneholder lite eller mye omega-3, utført på laksefamilier som utnytter fôret ulikt. Dessuten et nyskapende laboratoriestudium med levende leverbiter som “fôres” i petriskåler. Slik kan vi raskt studere hvordan ulikt fôr påvirker stoffskiftet og gen-aktiviteten og i en og samme fisk. Dette gir langt raskere og mer detaljert kartlegging av samspillseffekter mellom genetikk og fôr. Tolkingen av resultatene vil støttes av matematiske modeller for stoffbalansen i de biokjemiske reaksjonene. Slike modeller er etablert for andre arter, og vil bli tilpasset laks basert på det nykartlagte laksegenomet.

Mål:

  • Gjenopprette høyt innhold av sunne, langkjedede omega-3-fettsyrer i kjøtt fra oppdrettslaks.
  • Forstå hvordan laksens omega-3-stoffskifte avhenger av både fôr og genetiske faktorer.
  • Tilpasse fisken til fôret, og fôret til fisken på en fleksibel måte avhengig av tilgangen på ulike fôrråvarer.

Prosjektet er finansiert av Havbruksprogrammet til Norges forskningsråd.

Eksterne deltagere

NTNU
Prof. Stig W. Omholt

Wageningen UR
Prof. Vítor dos Santos
Dr. Peter Schaap

University of Stirling
Dr. Michael Leaver

AquaGen
Dr. Nina Santi (research director)
Dr. Jacob Torgersen (researcher)

EWOS innovation
Dr. Dominic Nanton (researcher)

Prosjektleder

Project leader, evolutionary genomicist.

Institutt
Biovitenskap
Tidsramme
19-01-2015 til 01-04-2019