Antti Kause, Hanna-Kaisa Kyllönen, Henna Pölönen, Miika Raitakivi, Heikki Koskinen. Luonnonvarakeskus.
Flavobacterium-infektioiden vaikutus kalankasvatuksessa
Kirjolohen poikasviljelyssä Flavobacterium psychrophilum aiheuttaa kirjolohen kylmänvedentautia ja pikkupoikassyndroomaa, ja F. columnare kolumnaaritautia lämpimän veden aikaan. Flavobacterium-bakteerien infektiot aiheuttavat vuosittain suurta taloudellista tappiota yrityksille, alentavat kalaterveyttä ja hyvinvointia sekä lisäävät antibioottien käyttöä kalankasvatuksessa. Molemmat ovat yleisiä lohikalojen poikasviljelyssä.
F. columnare-bakteerin aiheuttama kolumnaaritauti esiintyy yleisimmin poikasilla veden lämmön ylittäessä 16‒17°C. Sen tyypillinen näkyvä oire on satulan muotoinen haavauma selässä tai kidustulehdus. F. psychrophilum-bakteeri aiheuttaa kuolemaa veden lämpötilan ollessa 4‒12°C. Heti startin jälkeen esiintyessään sitä kutsutaan pikkupoikassyndroomaksi, ja isommilla poikasilla kylmänvedentaudiksi, jonka näkyvä oire on kylkeen ilmestyvä kraateri tai pyrstön syöpyminen.
Näiden tautien vaikutuksia ovat mm. suuri poikaskuolleisuus, hidas kasvu ja selkärangan muotovirheet(1), alentunut kalaterveys ja hyvinvointi sekä lisääntynyt antibioottien käyttö. Kolumnaaritauti on lisääntynyt lämpimien kesien takia (2), joten kalojen hyvä vastustuskyky myös helpottaa kalankasvatusta ilmastonmuutoksen edetessä.
Kalojen lääkityksellä ja kasvatusmetodeilla on pystytty vähentämään näitä ongelmia, mutta ongelma on siitä huolimatta merkittävä ja pysyvä.
Genominen valinta kirjolohen vastustuskyvyn parantamiseksi
Modernit valintajalostusohjelmat perustuvat genomiseen valintaan, jossa yksilöiden perinnöllinen potentiaali periyttää ominaisuuksia ennustetaan käyttäen luonnostaan yksilöissä esiintyvää DNA:n vaihtelua. Määritys tehdään yhdistämällä tietoa kymmenistä tuhansista DNA-merkeistä sekä kaloista mitatuista ominaisuuksista. DNA:n vaihtelu saadaan määritettyä pienestä eväpalasta genotyypittämällä, ja DNA-merkit kattavat kalan koko genomin. Menetelmä on syrjäyttänyt perinteisen sukupuuhun perustuvan valinnan. Genominen valinta soveltuu erinomaisesti myös parantamaan kalojen tautien vastustuskykyä, varsinkin silloin kun tautien estämiselle ei ole muita toimivia ratkaisuja.
Genominen valinta on houkutteleva vaihtoehto Flavobacteriumintorjumiseksi koska:
- Flavobacterium-infektioon kuolevat kalat ovat tyypillisesti pieniä, eikä perinteinen yksilömerkintä tällöin vielä onnistu
- Evänäyte voidaan ottaa vastakuoriutuneestakin poikasesta
- Genotyypittämällä kuolleita ja elossa säilyneitä kaloja voidaan emokalastossa tehdä genomista valintaa
- DNA:n avulla saadaan tarkkaa tietoa kunkin yksilön perimästä, ja tarkkaa tietoa yksilön perinnöllisestä kyvystä tuottaa vastustuskykyisiä jälkeläisiä (Tietolaatikko).
- DNA:han perustuva genominen valinta on tarkempi kuin perinteinen sukupuuhun perustuva perhevalinta.
Genominen valinta on nykyään rutiinikäytössä mm. sioilla, naudalla, lampaalla, kanoilla, maissilla, viljalajeilla, lohikaloilla, ja joillainkin muilla vesiviljelylajeilla. Menetelmää on jo sovellettu kirjolohen kansallisessa JALO-valintaohjelmassa kasvun ja sukukypsyyden valintaan (3). Lohella menetelmää käytetään monien eri tautien vastustuskyvyn parantamisen, mm. haimatautia (PD), tarttuvaa lohen anemiaa (ISA), furunkuloosia (ASS), tarttuvaa haimakuoliotautia (IPN) ja ameebista kidustautia (AGD) vastaan.
Kolumnaaritauti, mitä tiedetään nyt?
Luonnonvarakeskus (Luke) yhteistyössä Hanka-Taimen Oy:n kanssa selvitti AquaIMPACT EU-hankkeessa miten kirjolohen pienpoikaskuolleisuutta F. columnarea vastaan voidaan vähentää kaupallisessa tuotannossa genomisella valinnalla (4-6). Kehitystyön rahoitti EU, Luken omarahoitus ja Hanka-Taimen Oy:n omarahoitus. Kirjolohi altistui kesällä tuotanto-oloissa F. columnarelle, ja kuolleet ja elossa säilyneet kalat genotyypitettiin 50 000 DNA-merkillä. Kolumnaaritautia esiintyi pienillä poikasilla veden lämpötilan ollessa yli 16‒17°C.
Tutkimuksen päätulokset olivat:
- Genomiseen valintaan tarvittavan aineiston keruussa on mahdollista hyödyntää laitoksella luonnostaan esiintyvää Flavobacterium-infektiota.
- Noin 32‒43% kolumnaaritaudin aiheuttamasta kuolleisuudesta määräytyi perintötekijöiden vaikutuksesta, ja kirjolohelta löydettiin useampi genomialue, joilla on voimakas vaikutus elossa säilymiseen.
- Kokeen perusteella genomisella valinnalla on mahdollista valita iso tuotantomittakaavan ryhmä vastustuskykyisiä emoja, joiden jälkeläisten elossa säilyvyys on keskimäärin kymmeniä prosenttiyksiköitä korkeampi kuin herkkien emokalojen.
On hyvä huomioida, että valintajalostuksella ei saavuteta kokonaan vastustuskykyistä kalaa, vaan vähitellen, sukupolvesta toiseen, yhä paremmin elossa säilyvää kalamateriaalia. Esimerkinomaisesti, Suomen noin 15 miljoonan kg kirjolohituotantoon tarvitaan kymmeniä miljoonia poikasia, joten jo 10% parempi elossa säilyvyys poikasvaiheessa tarkoittaa yli 1 miljoonan säästynyttä kalaa.
Kylmänvedentauti, mitä tiedetään nyt?
Flavobacterium-infektiot ovat maailmanlaajuinen ongelma kirjolohen kasvatuksessa, ja sen vastustamista valintajalostuksella on kehitetty mm. USA:ssa, Ranskassa ja Norjassa. Näissä maissa on kuitenkin keskitytty lähinnä F. psychrophilum-bakteeriin eli nimenomaan kylmänvedentaudin vastustamiseen. Tulokset ovat kuitenkin olleet samansuuntaisia kuin Suomessa. Kirjolohen vastustuskyvyssä kylmänvedentautia vastaan on perinnöllistä vaihtelua. Tautia vastaan löytyy myös suurivaikutteisia genomialueita, jotka ovat osin samoja alueita kuin mitä suomalaisista kalakannoista löytyy kolumnaaritautia vastaan. Muiden maiden tutkimusten tulos on, että genominen valinta on tehokkain valintamenetelmä, koska tuhansien DNA-merkkien avulla pystytään parhaiten määrittämään yksilön perinnöllinen potentiaali. Lisäksi yhdysvaltalainen tutkimus osoittaa, että kirjolohen elossa säilyvyys F. psychrophilumia vastaan on positiivisesti, joskin heikosti, yhteydessä elossa säilyvyyteen myös F. columnarea vastaan. Toisin sanoen, jos kirjolohen vastustuskyky kolumnaaritautia vastaan paranee, vastustuskyky kylmänvedentautia vastaan ei ainakaan huonone, vaan voi jopa parantua, ja tämä on hyödyllistä valintajalostukselle.
Mitä seuraavaksi? FLAVOVALINTA – hanke
Kirjolohen kansallinen JALO-valintajalostusohjelma on jo 90-luvun alusta alkaen parantanut kirjolohen tuotanto-, tuotelaatu- ja terveysominaisuuksia koko kalankasvatuksen arvoketjun hyödyksi. Valtaosalla Suomessa kasvatetusta kirjolohesta on juuret JALO-valintaohjelmassa. Valinnalla parannettu kalamateriaali leviää elinkeinolle varsinkin poikastuottajien kautta.
Luke on aloittanut FLAVOVALINTA-hankkeen, jonka tavoitteena on integroida vastustuskyky F. columnare ja potentiaalisesti F. psychrophilum-bakteeria vastaan kirjolohen valintaohjelmaan jo valittujen tuotanto-, tuotelaatu- ja muiden kalaterveysominaisuuksien rinnalle. Hanketta rahoittaa Euroopan meri-, kalatalous- ja vesiviljelyrahasto (EMKVR), ja aineisto kerätään Luken Laukaan laitoksella. Vuonna 2025 on jo kerätty 1500 kudosnäytettä saman vuoden poikasista, jotka joko kuolivat kolumnaaritautiin tai selvisivät elossa. FLAVOVALINTA hyödyntää uusinta genotyypitys- ja laskentateknologiaa valintajalostuksessa. Lukella on noin 30 eläin-, kasvi- ja kalojen valintaohjelmia kehittävää henkilöä, joilla on jo yli 30 vuoden kokemus alalta, ja Luken Genomiikka ja jalostus – ryhmän nykyisenä pääaiheena on genomisen valinnan kehittäminen valintaohjelmiin.
———
’FLAVOVALINTA – Kirjolohen elossasäilymisen parantaminen valintajalostuksella flavobakteeria vastaan’ hanke on osittain EU:n rahoittama (https://merijakalatalous.fi/).
———–
Viitteet
(1) Madsen L & Dalsgaard I (1999). Vertebral column deformities in farmed rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Aquaculture 171: 41‒48.
(2) Karvonen, A., Rintamäki, P., Jokela, J. & Valtonen, E.T. 2010. Increasing water temperature and disease risks in aquatic systems: climate change increases the risk of some, but not all, diseases. Int. J. Parasit. 40: 1483‒1488.
(3) Kudinov A, Nousiainen A, Koskinen H, Kause A. 2024. Single-step genomic evaluation for body weight and maturity age in Finnish rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Aquaculture 585: 740677.
(4) Fraslin C, Robledo D, Kause A, Houston RD. 2023. Potential of imputation for cost-efficient genomic selection for resistance to Flavobacterium columnare in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss).Genetics Selection Evolution55: 59.
(5) Calboli F, Koskinen H, Nousiainen A, Fraslin C, Houston RD, Kause A. 2022. Conserved QTL and chromosomal inversions affect resistance to columnaris disease in two rainbow trout (Oncorhyncus mykiss) populations. G3: Genes, Genomes, Genetics 12: jkac137.
(6) Fraslin C, Koskinen H, Nousiainen A, Houston RD, Kause A. 2022. Genome-wide association and genomic prediction of resistance to Flavobacterium columnare in a farmed rainbow trout population. Aquaculture 557: 738332.
Tietolaatikko
Kalojen vastustuskyvyn parantaminen genomisella valinnalla
Kolme eri tapaa määrittää perinnöllisesti parhaimmat yksilöt Flavobacterium-bakteeria vastaan.
A) Yksilövalinta, pelkän yksilötiedon käyttö. Yksilövalinnassa emoina käytetään kaloja, jotka säilyvät hengissä tautipurkauksesta. Tämä on kuitenkin epätarkka tapa. Vain 32‒43% vaihtelusta siinä kuoleeko kala vai säilyykö se hengissä selittyy perintötekijöillä. Siksi pelkkä tieto siitä kuoliko kalayksilö vai ei, kertoo hyvin huonosti oliko kala perinnöllisesti hyvä.
B) Perhevalinta, perhetiedon käyttö. Kun on tiedossa, kuinka monta kalaa perheestä kuoli ja on elossa, pystytään valitsemaan kaloja hyvistä perheistä. Tieto on kuitenkin vajavaista eikä valinnan tarkkuus ole korkea – tällä tiedolla ei pystytä määrittämään kuka elossa olevista sisaruksista on paras. Perhetieto ei myöskään auta erottelemaan perheiden paremmuutta, jos esimerkiksi useamman perheen kaikki kalat säilyivät hengissä, tai perheiden keskimääräinen kuolleisuus oli sama (esimerkiksi perhe 1 vs. perhe 2).
C) Genominen valinta, yksilön DNA-profiilin käyttö. Genomisessa valinnassa genotyypitetään sekä kuolleet että elossa olevat kalat, jolloin pystytään määrittämään minkälainen perimä edesauttaa elossa säilymistä, ja minkälainen perimä johtaa kuolemaan. Näin kaikkien kalayksilöiden perinnöllinen potentiaali pystytään määrittämään yksilön kudosnäytteestä (DNA:sta). Kalojen ominaisuudet määräytyvät tyypillisesti tuhansien eri geenien toimesta, ja näiden aiheuttama vaihtelu ominaisuudessa pystytään määrittämään käyttäen tuhansia DNA-merkkejä. Tämä on tällä hetkellä tarkin tapa kalojen vastustuskyvyn jalostamiseen.