Introduksjon
Å benytte naturlig variasjon for resistens mot lakselus hos Atlanterhavslaks har blitt foreslått som en effektiv strategi for å redusere lusepåslaget i oppdrettslaks. De biologiske mekanismene for resistens er imidlertid lite kjent og en bedre forståelse for disse er nødvendig for videre arbeid med problematikken. I denne studien vil vi derfor undersøke respons på lakselusinfeksjon hos to genomisk selekterte linjer av Atlanterhavslaks. De to linjene representerer begge ender av et resistensspektrum, der den ene linjen har høy resistens og den andre har lav resistens (heretter henholdsvis referert til som HR- og LR-gruppen).   

 Metode
Begge linjene av Atlanterhavslaks ble infisert av lakselus under kontrollerte forhold i et storskala common-garden eksperiment. Lus ble telt og samlet ved ulike tidspunkter i løpet av eksperimentet. Vi karakteriserte vertens infeksjonsrespons ved å sammenlikne genuttrykk i hud og hodenyre hos begge fiskelinjene ved bruk av RNA-sekvensering. Vi undersøkte i tillegg endringer i gen-metylering (ved bruk av reduced representation bilsufite sekvensering) i øvre del av nyre og hvordan disse relaterte til genuttrykket i nyrevevet.

 ResultaterVi fant generelt et signifikant lavere antall lus på fisk i HR-gruppen. Forskjellen mellom gruppene var signifikante allerede første dag etter infeksjon. Vi identifiserte gener som hadde et signifikant ulikt uttrykksmønster ved å sammenlikne genuttrykket fra HR-gruppen og LR-gruppen. Genene hadde et konsistent uttrykksmønster, der kun et fåtall viste mindre endringer i løpet av infeksjonstiden. Vi så også at genreguleringen i hodenyre og i hud var lik. De to lakselinjene viste signifikante forskjeller i DNA-metylering seg imellom. Ved å sammenlikne metyleringsmønsteret med genuttrykket kunne vi identifisere et utvalg av gener i begge gruppene der ulikt metyleringsmønster forårsaket forskjeller i genuttrykk.

 Konklusjon
I denne studien er det vist at genomisk seleksjon er en effektiv metode for å velge ut to linjer med ulike resistens mot lakselus. Studien tyder også på at resistens styres av svært like gengrupper i hud og hodenyre, som også er delvis epigenetisk (gjenom gen-metylering) regulert.

Et fenomen som heter «hormesis» viser hvordan stresstimulering kan ha positiv effekt på vekst, helse og levealder gitt at eksponeringen skjer i små nok doser. Dette har vært studert i flere andre arter og nå har vi vist at det er potensiale i å bruke stressbehandling i tidlige livsstadier hos laks for å oppnå en bedre stresstilpasset fisk med økt vekst og muligens robusthet. Forsøket bestod av fire grupper der en gruppe ble stressbehandlet kun før klekking, en gruppe kun etter klekking, en gruppe både før og etter klekking. Den siste gruppen fikk ingen stressbehandlinger. Stressbehandlingene ble gitt som et minutts kuldeeksponering og et minutts lufteksponering med omtrent en ukes mellomrom. Fisken som ble stressbehandlet både før og etter klekking vokste best av alle gruppene, mens dårligst vekst ble målt i de to gruppene som ble stressbehandlet kun før eller kun etter klekking. Slike fenotypiske forandringer kan skyldes epigenetikk ved at uttrykket av spesifikke gener endres på grunn av metylering av DNA uten at selve DNA tråden forandres. Materiale fra alle gruppene like før startfôring ble sekvensert for å kunne se på sammenhengen mellom transkriptomet og metylomet. Vi fant gruppeforskjeller i uttrykksmønster av mange gener spesielt gener involvert i vekst og immunrespons. Det viste seg at fisken som hadde blitt stressbehandlet både før og etter klekking hadde et uttryksmønster sammenlignbart med kontrollfisken. Analyser av metylomet viste at det var klare forskjeller mellom gruppene. Det ble gjort en klassisk stresstest av alle gruppene og prøver ble samplet ved 1 time, 3 timer og 24 timer. Det ble gjort kortisolanalyser og ekspresjonsanalyser av gener involvert i stressaksen for alle tidspunktene. I tillegg ble prøver tatt 3 timer etter stresstest sekvensert for å studere transkriptomet og metylomet. Det viste seg at tidligere stressbehandling både før og etter klekking hadde en effekt på stressaksen og systemer som regulerer vekst som ikke ble sett i de andre gruppene. Vi tror at denne fisken var best stresstilpasset og taklet akutt stress mer effektivt enn de andre gruppene. Dette er med på å forklare hvordan denne gruppen kunne allokere energi mer effektivt til vekst sammenlignet med de andre gruppene. Vi tror det er et stort potensiale i å bruke det vi vet om epigenomet og hormesis til å jobbe mot å produsere en mer robust laks i fremtiden.

Økt fokus på sammensetningen av mikronæringsstoff i fôret kan bedre helsen og kvaliteten til laks og potensielt redusere dødeligheten knyttet til smoltifiseringen. Lakseeggets sammensetning av mikronæringsstoff kan være avgjørende for en frisk og sunn videre vekst. Embryostadiet og andre tidlige utviklingsstadier representerer en sensitiv periode med blant annet etablering av epigenetiske genregulerings mekanismer som for eksempel DNA-metylering. Metylering av DNA er avhengig av flere mikronæringsstoff, og sentralt i denne sammenheng er næringsstoff som inngår i 1-C metabolismen. Metionin, folat, vitamin B12 og vitamin B6 er essensielle mikronæringsstoff i 1-C metabolismen som sammen regulerer tilgjengeligheten av metylgruppen som blir brukt til DNA metylering, og kan derved direkte påvirke den epigenetiske reguleringen av genuttrykket. Hypotesen for dette prosjektet er at sammensetningen av 1-C næringsstoffer i fôret påvirker genuttrykksmønstre for frisk og sunn vekst (økt vekst / immunkapasitet og redusert fettakkumulering i leveren) gjennom epigenetiske mekanismer, spesielt DNA-metylering. Målet er å øke potensialet for en frisk og sunn vekst i tidlige livsstadier gjennom optimalisering av dietten med hensyn på 1C metabolitter. Ved å studere sebrafisk har vi observert at foreldrenes (F0) nivå av 1-C næringsstoff i fôret påvirker fekunditet, men også avkommets (F1) genuttrykk. Allerede på embryostadiet så vi forskjeller i hvilke gener som var uttrykt, spesielt immungener og gener som regulerer apolipoproteiner var påvirket av foreldrenes 1-C innhold i fôret. Ved å følge embryoene til voksen fisk observerte vi økt fettakkumulering i hepatocyttene, nedregulering av gener viktig for kolesterolsyntesen samt forskjeller i genspesifikk DNA metylering som følge av foreldrenes 1-C næringsstoffinnhold. Studier fra laks har vist tilsvarende respons ved å studere genuttrykk i leveren. To nye fôringsforsøk er igangsatt for å studere potensialet mikronæringsstoff har for å bedre helsen og kvaliteten til laks. Her vil vi presentere metabolom, transkriptom, og DNA metyleringsresultater fra både sebrafiskforsøk samt nye data fra igangværende lakseforsøk. 

Økt inkludering av plantebaserte råvarer i fiskefôr har endret fettsyreprofilen fra omega-3 til fordel for omega-6 flerumettet fettsyrer (FF). Dietter med økt omega-6 FF og mindre omega-3 FF er assosiert med mange livstilssykdommene hos mennesker. Tidligere forsøk har vist at økte nivåer av omega-6 FF i form av arakidonsyre kan påvirke beinutviklingen, vekst og reproduksjon i fisk. Næringsstoff kan også påvirke epigenetiske mekanismer som DNA metylering, noe som kan påvirke genuttrykk over flere generasjoner.

I et sebrafiskforsøk økte vi mengden arakidonsyre i dietten til foreldrene (F0) for deretter å undersøke hvordan dette påvirket deres voksne avkom (F1). Vi gav foreldregenerasjonen (F0) enten et fôr med lavt (kontroll) eller et fôr med høyt nivå av arakidonsyre. Begge gruppene i F1 generasjonen fikk kontroll fôret. For å studere om fôret som vi gav til foreldrene hadde effekt på avkommet, undersøkte vi leveren til voksen hannfisk for forskjeller i både genuttrykk (RNA sekvensering) og DNA metylering (RRBS). 

 Som en direkte effekt av økte nivåer av arakidonsyre i fôret gitt til foreldregenerasjonen observerte vi forandringer i fettsyreprofil, økt lipid peroxidasjon og et økt oksidert og pro-inflammatorisk miljø. Foreldrenes diett var assosiert med forandringer i DNA metylering og genuttrykk i leveren til både foreldrene og voksne avkom. Vi så flere forskjeller i genuttrykk hos de voksne barna enn hos foreldrene, med endringer i gener involvert i metionin syklus, østrogen signalering, β-oxidasjon, RXR og PPAR signalering i avkommet. Når vi kombinerte metyleringsdataene med genuttrykket fant vi effekter på lipidsyntese som igjen kan påvirke energimetabolisme og østrogen balansen.

Resultatene fra dette studiet viste at foreldrenes nivå av arakidonsyre i dietten modulerte genuttrykket samt DNA metylering i voksne avkom. Vi observerte også koblinger mellom metabolismen til foreldrene og DNA metylering og genuttrykk i voksne avkom. Dette antyder at foreldrenes diett påvirker voksen avkom, gjerne initiert via tidlige utviklingsstadier.

Bisfenol A (BPA) er mye brukt i produksjon av plast og epoksyharpikser. Det har vist seg å fungere som en hormonforstyrrende faktor hos mennesker og er oppført av Det europeiske kjemikalieagenturet som et stoff av meget stor bekymring. I denne studien undersøkte vi fenotypisk, singe-gen transkripsjon og helgenoms bisulfitt-sekvensering (WGBS) for å lete etter lavdoseffekter av bisfenol A (BPA) i sebrafiskembryoer. Fra 2 til 26 timer etter befruktning (hpf) ble embryoer utsatt for 0, 0,0001, 0,001, 0,01, 0,1, 1, 10, 30 μM BPA. Ved 3, 4 og 5 dager etter fertilisering (dpf) embryoer ble analysert for lokomotorisk aktivitet som svar på endrede lysforhold, mens 5 dpf-embryoer ble samlet for transkripsjonsanalyse. DNA-metylering ble studert i embryoer utsatt for 10 uM BPA i 72 timer (fra 24 til 96 hpf). Det var ingen forskjell i luke- eller overlevelsesrate mellom kontroller og BPA-behandlet, men det var økte frekvenser av perikardial ødem i embryoer fra den høyeste BPA-behandlede gruppen (30 μM) ved 24 hpf. Hyperaktivitet ble observert i gruppen eksponert for 0,001 μM BPA. Med hensyn til genuttrykk viste gener som var involvert i apoptose (casp3), avgiftning (cyp1a1), endokrinsforstyrrelse (esr2a), DNA-metylering (dnmt1) og cysteinsyntaseaktivitet (cbs) alt tydelig lavere uttrykk ved 0,01 uM BPA eller høyere konsentrasjoner. BPA-eksponering påvirket ikke signifikant global DNA-metylering, men 20,474 differensielt metylerte (DM) -steder i 4.873 gener ble identifisert. I embryoer utsatt for 10 μM i 72 timer viste promotorregioner høyere grad av hypometylering enn hypermetylering. Majoriteten av DM-gener oppstod imidlertid i genkropp, og disse var hypermetylerte. Basert på DM-gener, identifiserte KEGG-baneanalyse fosfatidylinositol-signaleringssystem, fulgt av VEGF- og MAPK-signalveier og inositolfosfatmetabolisme, som de mest signifikant berørte systemene ved BPA-eksponering. Siden disse veiene alle spiller en avgjørende rolle i utviklingen av nevroner, kan dysreguleringen av nervesystemet forklare betegnelsen på BPA. Til slutt viser denne studien at BPA kan påvirke lokomotorisk aktivitet ved svært lave konsentrasjoner og endre DNA-metylering i flere gener i sebrafiskembryoer. Endrede metyleringsmønstre av gener knyttet til nervesystemutvikling kan forklare den observerte BPA-induserte unormale svømmingsaktiviteten.