Повышенная устойчивость пород Troutlodge к BCWD

7 лет назад Troutlodge, ведущий мировой поставщик оплодотворенной икры радужной форели, и Министерство сельского хозяйства США (Минсельхоз) установили долгосрочное сотрудничество в целях содействия борьбе с этой общемировой проблемой. Подход включал использование геномной селекции, концепцию использования плотных генетических карт по всему геному для прогнозирования генетических особенностей отдельных особей и повышения эффективности селекции.

Troutlodge и Минсельхоз совместно работали над повышением точности отбора на устойчивость к холодноводной болезни за счет использования геномной селекции, а также над применением технологии к коммерчески доступному маточному стаду. Уже в 2017 году мы наблюдали увеличение выживаемости на 80%. С тех пор икра Troutlodge с повышенной устойчивостью к BCWD успешно продается, демонстрируя на сегодняшний день еще большую резистентность.

Инфекционные заболевания остаются основной причиной смертности радужной форели в аквакультуре, на которую 2011 году пришелся 81% от общего объема потерь (НАССР, 2012). К значительным убыткам приводит Flavobacterium psychrophilum - бактерия, вызывающая холодноводную болезнь (Duchaud et al. 2007, Nematollahi et al. 2003).

Flavobacterium psychrophilum распространена во всем мире и оказывает воздействие как на традиционное, так и на аквакультурное производство лососевых. Этот патоген вызывает вспышки холодноводной болезни и синдрома радужной форели (RTSF), смертность в результате которых может достигать 85% (Brown et al. 1997). В попытках разработать защиту от F.psychrophilum было проведено много исследований, но эффективной вакцины пока не создано, а молекулярный патогенез, связанный с инфекциями, изучен недостаточно хорошо (Barnes 2011, Cipriano et al. 2005, Duchaud et al. 2007).

Для лечения и профилактики вспышек широко используются антибиотики, однако лекарственные препараты увеличивают производственные затраты как на материалы, так и на рабочую силу, а их эффективность варьируется в связи с постоянным развитием резистентных к антибиотикам бактерий (Barnes 2011, Bruun et al. 2000, Bruun et al. 2002, Kum et al. 2008). По этим причинам Flavobacterium psychrophilum по-прежнему является существенным бременем для выращивания форели во всем мире.

2010 –

• Компания Troutlodge проводит опрос клиентов для определения направлений селекции, имеющих наибольшее коммерческое значение. Устойчивость к болезням (в том числе к BCWD) входит в число самых важных.

2013 –

• Исследователи Минсельхоза испытывают лабораторные разработки, связанные с устойчивостью к холодноводной болезни, на хозяйствах Troutlodge.

2014 –

• Минсельхоз завершает разработку 57 тысяч SNP маркеров, необходимых для исследования генома и геномной селекции. Для определения и валидации SNP маркеров используются генетически отобранные стада Troutlodge.

2015 –

• Первое применение геномной селекции к коммерческим популяциям радужной форели. Разработки Минсельхоза внедряются на коммерческих стадах Troutlodge.
• Лабораторные исследования потомства показывают, что использование геномных маркеров удвоило точность селекции на устойчивость к BCWD по сравнению с традиционными методами. См. публикацию в дополнительных материалах (Vallejo et al. 2017).

2016 –

• Минсельхоз проводит лабораторные исследования на другом штамме, культивируемом Troutlodge.

2017 –

• Troutlodge начинает поставки оплодотворенной икры с повышенной устойчивостью к холодноводной болезни. Это первая коммерчески доступная икра, селектированная с помощью геномного метода.
• Применение геномной селекции ко второму поколению маточного стада Troutlodge.

2018 –

• Troutlodge распростаняет геномную селекцию на другие штаммы для увеличения коммерческой доступности.
• Модификация селекционных программ для повышения эффективности резистентности к BCWD.

2019 –

• Геномная селекция третьего поколения для повышения резистентности к BCWD.
• Изучение реакции на селекцию.
• Распространение методологии геномного отбора на дополнительные патогены, оказывающие значительное влияние на выращивание радужной форели.

2020 –

• Первое поколение резистентной к BCWD икры ноябрьской группы.
• Следующий этап геномной селекции на устойчивость к BCWD – лабораторные испытания на февральской группе.

Полное описание методологии можно найти в Vallejo et al. 2017. Коротко: выборки икры из популяций Troutlodge отправляли в лабораторию Минсельхоза. Затем малькам весом около 1 г делали инъекции раствором, содержащим F. psychrophilum в предписанной концентрации (Рис.1). Смертность регистрировалась ежедневно в течение 21 дня.

Рис.1: Результаты лабораторных исследований Минсельхоза майской группы Troutlodge на резистентность к BCWD. На графике показано улучшение выживаемости поколений с 2015 по 2019 г. в результате геномной селекции. Улучшение показателей поколений непрерывно, несмотря на повышение тяжести бактериальной нагрузки (КОЕ/г) с 2015 по 2019 год.

Применение геномной селекции для повышения устойчивости к холодноводной болезни в трех поколениях привело к увеличению выживаемости на 134% - с 33,5% в 2015 году до 78,3% в 2019 году.

Barnes M.E., M. L. Brown. 2011. A Review of Flavobacterium Psychrophilum Biology, Clinical Signs, and Bacterial Cold Water Disease Prevention and Treatment. The Open Fish Science Journal; 4:40-48.

Brown, L.L., W.T. C o x, R.P. Levinel. 1997. Evidence that the causal agent of bacterial coldwater disease Flavobacterium psychrophilum is transmitted within salmonid eggs. Diseases of Aquatic Organisms; 29: 213-218.

Bruun M.S., A. S. Schmidt, L. Madsen, I. Dalsgaard. 2000. Antimicrobial resistance patterns in Danish isolates of Flavobacterium psychrophilum. Aquaculture 187: 201-212.

Cipriano, R.C. and R.A. Holt. 2005. Flavobacterium psychrophilum, cause of Bacterial Cold-Water Disease and Rainbow Trout Fry Syndrome. Fish Disease Leaflet No. 86. United States Dept. of the Interior. U.S. Geological Service, National Fish Health Research Laboratory, Kearneysville, WV.

Duchaud, E., M. Boussaha, V. Loux, J. Bernardet, C. Michel, B. Kerouault, S. Mondot, P. Nicolas, R. Bossy, C. Caron, P. Bessieres, J. Gibrat, S. Claverol, F. Dumetz, M. Le Henaff, A. Benmansour. 2007. Complete genome sequence of the fish pathogen Flavobacterium psychrophilum. Nature Biotechnology; 25: 763-769

FAO 2016. Fisheries and Aquaculture Department, Global Aquaculture Production 1950-2016. By species. Accessed Feb 7, 2018, http://www.fao.org/figis/servlet/TabSelector.

Kum, C., S. Kirkan, S. Sekkin, F. Akar, M. Boyacioglu. 2008. Comparison of In Vitro Antimicrobial Susceptibility in Flavobacterium psychrophilum Isolated from Rainbow Trout Fry. Journal of Aquatic Animal Health; 20: 245-251.

NASS. 2018. Trout Production. National Agricultural Statistics Service. USDA, Washington DC. Accessed February 20, 2019. https://downloads.usda.library.cornell.edu/usda-esmis/files/t722h882h/cn69m647s/b8515q80p/TrouProd-02-26-2018.pdf

Nematollahi, A., A. Decostere, F. Pasmans, F. Haesebrouck. 2003. Flavobacterium psychrophilum infections in salmonid fish. Journal of Fish Diseases, 26:563-574.

Vallejo, R., T. D. Leeds, G. Gao, J.E. Parsons, K.E. Martin, J.P. Evenhuis, B.O Fragomeni, G.D, Wiens, Y. Palit. 2017. Genomic selection models double the accuracy of predicted breeding values for bacterial cold water disease resistance compared to a traditional pedigree-based model in rainbow trout aquaculture. Genetics Selection and Evolution. 49:17