Bakteriyel Soğuk Su Hastalığı (Bacterial Cold Water Disease – BCWD) dirençli bireyler için genetik seleksiyon

Bulaşıcı hastalıklar, alabalık endüstrisinde üretime bağlı ölümlerin en büyük nedenidir ve 2011'deki toplam kayıpların% 81'ini oluşturmaktadır (NASS, 2012). Bakteriyel soğuk su hastalığına (BCWD) neden olan bakteri olan Flavobacterium psychrophilum, endüstride önemli kayıplara neden olur (Duchaud ve ark.2007, Nematollahi ve ark.2003).

Flavobacterium psychrophilum dünya çapında endemiktir ve hem geleneksel hem de su ürünleri yetiştiriciliği ile ilgili salmonid üretimini etkiler. Patojen hem BCWD hem de alabalık yavru sendromu salgınlarına neden olur, bu salgınlar % 85'e kadar mortaliteye neden olabilir (Brown ve ark. 1997). F. psychrophilum'dan korunma girişimlerinde önemli miktarda araştırma yapılmıştır, ancak henüz etkili bir aşı üretilememiştir ve enfeksiyonlarla ilgili moleküler patojenez iyi anlaşılamamıştır (Barnes 2011, Cipriano ve ark.2005, Duchaud et al.2007). Salgınların tedavisi ve önlenmesi için antibiyotik yaklaşımları yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak ilaç hem malzeme hem de işçilikteki üretim maliyetlerini arttırır ve aynı zamanda antibiyotiğe dirençli ve değişkenlik gösteren bakterilerin oluşumunu sağlar (Barnes 2011, Bruun ve ark. 2000, Bruun ve ark. 2002, Kum ve ark.2008). Bu nedenlerden dolayı Flavobacterium psychrophilum, dünya çapında su ürünleri yetiştiriciliği için önemli bir sıkıntı olmaya devam etmektedir.

Dünyanın önde gelen gökkuşağı alabalığı yumurtası tedarikçisi olan Troutlodge ve Birleşik Devletler Tarım Bakanlığı (USDA), dünya çapındaki bu sorunla mücadeleye yardımcı olmak için uzun vadeli bir işbirliği içindedir. Yaklaşım, genomik seleksiyon kullanımını, balıkların bireysel genetik değerini tahmin etmek ve seçici üreme verimliliğini artırmak için genom çapında yoğun genetik haritaların kullanılması kavramını içermektedir.

Troutlodge ve USDA, genomik seleksiyon kullanarak BCWD için seçim doğruluğunu arttırmak ve teknolojiyi ticari olarak mevcut anaçlara uygulamak için birlikte çalışmaktadır.

2010 –

• Troutlodge, dünya çapında ticari etkiye sahip problemleri belirlemek için müşteri anketi gerçekleştirir. Hastalık direnci (BCWD dahil) ticari problemler içinde en yüksek puan alan maddeler arasındadır.

2013 –

• USDA araştırmacıları tarafından Troutlodge stoklarına laboratuvar ortamında arttırılmış BCWD enfeksiyonu uygulanır.

2014 –

• USDA genomik seçim için gerekli 57K SNP tipi çip geliştirir. Troutlodge genetik stokları SNP seçimi ve validasyonu için kullanılır.

2015 –

• Ticari gökkuşağı alabalığı popülasyonlarına ilk genomik seçim uygulaması yapılır. USDA tarafından üretilen GEBV'ler ve seleksiyon uygulaması Troutlodge ticari anaç stoklarında devam eder.
• BCWD'nin yavrulara yönelik enfeksiyon zorlaması, genomik seleksiyon kullanımının geleneksel seleksiyon yöntemlerine kıyasla doğruluğunu iki katına çıkardığını ortaya koymaktadır. Ek materyallerdeki yayınlara bakınız (Vallejo ve ark. 2017).

2016 –

• BCWD enfeksiyonu zorlaması laboratuvar ortamında USDA tarafından Troutlodge’a ait başka bir ticari tür üzerinde de uygulanmaya başlanır.

2017 –

• Troutlodge, genomik seçim kullanılarak BCWD direnci geliştirilmiş ticari olarak temin edilebilen yumurtaları ilk defa sunmaya başlar. Bunlar, genomik seleksiyon yoluyla seçilen, piyasada bulunan ilk alabalık yumurtalarıdır.
• Troutlodge ticari stoklarında genomik seçimi ikinci nesillere de uygulanır.

2018 –

• Troutlodge, genomik seçim kullanımını daha fazla ticari kullanılabilirlik için ek türlerle genişletir.
• BCWD direnç seçimi verimliliğinin arttırılması için ıslah programlarının modifikasyonu başlatılır.

2019 –

• Geliştirilmiş BCWD direnci için 3. nesil genomik seçim başlatılır.
• Seçim yanıtını değerlendirmek için laboratuvar ortamında zorlama uygulanır.
• Genomik seçim metodolojisinin gökkuşağı alabalığı kültürü üzerinde önemli etkisi olan ek patojenlere de genişletilir.

2020 –

• Kasım yumurtlama grubundan BCWD için ilk nesil genomik seçim yapılır.
• Şubat yumurtlama grubundan ilk yumurta çekirdekleri laboratuvar ortamında genomik seçim aşaması için BCWD zorlamasına tabi tutulur.

“Vallejo ve ark. 2017” deki hastalığa meydan okuma yöntemleri uygulandı. Özetlemek gerekirse, Troutlodge’in çekirdek popülasyonlarından temsilciler USDA'ya yumurta olarak gönderildiler. Yaklaşık 1 gr büyüklüğünde, yavrulara, öngörülen miktarda F. psychrophilum ile IP enjekte edildi (Şekil 1). Ölümler 21 gün boyunca günlük olarak kaydedildi.

Troutlodge ve USDA ortak araştırmaları sayesinde, genomik seleksiyonun BCWD için tahmin doğruluğunu iki katına çıkarabildiğini göstermiştir (Vallejo ve ark. 2017). Bu yöntemin kullanımıyla daha hızlı genetik ilerleme sağlayarak BCWD direncinde daha hızlı artışları sağlayabiliriz. Bu yöntem şu anda üçüncü kuşak Troutlodge anaçlarına uygulanmaktadır ve 2017'den beri piyasada mevcuttur.

Şekil 1: USDA tarafından Troutlodge Mayıs yumurtlama grubu için yürütülen BCWD laboratuvar zorlamalarının sonuçları. Grafik, genomik seçimin sonucu olarak 2015'ten 2019'a kadar hayatta kalma oranında nesiller arasındaki gelişimi göstermektedir. 2015'ten 2019'a kadar artan bakteri yükü şiddetine (CFU/g) rağmen, jenerasyon iyileştirmeleri devam etmektedir.

3 nesil boyunca BCWD direnci için genomik seçimin uygulanması, hayatta kalma oranını 2015 yılında% 33.5'ten 2019'da % 78.3'e yükseltirken % 134'lük bir artış sağlandı.

Barnes M.E., M.L. Brown. 2011. Flavobacterium Psychrophilum Biyolojisinin, Klinik Belirtilerin ve Bakteriyel Soğuk Su Hastalığının Önlenmesi ve Tedavisinin İncelenmesi. Açık Balık Bilimi Dergisi; 4: 40-48.

Brown, L.L., W.T. Cx, R.P. Levinel. 1997. Bakteriyel soğuk su hastalığının nedensel ajanının Flavobacterium psychrophilum'un salmonid yumurtalarına bulaştığına dair kanıt. Sucul Organizma Hastalıkları; 29: 213-218.

Bruun M.S., A.S. Schmidt, L. Madsen, I. Dalsgaard. 2000. Flavobacterium psychrophilum'un Danimarka izolatlarında antimikrobiyal direnç paternleri. Yetiştiricilik 187: 201-212.

Cipriano, R.C. ve R.A. Holt. 2005. Flavobacterium psychrophilum, Bakteriyel Soğuk Su Hastalığı ve Gökkuşağı Alabalığı Yavru Sendromunun nedeni. Balık Hastalıkları Broşürü No. 86. ABD İçişleri Bakanlığı. ABD Jeoloji Servisi, Ulusal Balık Sağlığı Araştırma Laboratuvarı, 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. Balık patojeni Flavobacterium psychrophilum'un tam genom dizisi. Doğa Biyoteknolojisi; 25: 763-769

FAO 2016. Balıkçılık ve Su Ürünleri Yetiştiriciliği Bölümü, Global Su Ürünleri Üretimi 1950-2016. Türlere göre. Erişim tarihi: 7 Şubat 2018, http://www.fao.org/figis/servlet/TabSelector.

Kum, C., S. Kirkan, S. Sekkin, F. Akar, M. Boyacıoğlu. 2008. Gökkuşağı alabalık yavrusundan İzole Flavobacterium psychrophilum'da İn Vitro Antimikrobiyal Duyarlılığın Karşılaştırılması. Balık Sağlığı Dergisi; 20: 245-251.

NASS. 2018. Alabalık Üretimi. Ulusal Tarım İstatistikleri Servisi. USDA, Washington DC. Erişim tarihi: 20 Şubat 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. Salmonid balıklarda Flavobacterium psychrophilum enfeksiyonları. Balık Hastalıkları Dergisi, 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. Genomik seçim modelleri, gökkuşağı alabalığı yetiştiriciliğinde geleneksel soyağacı bazlı modele kıyasla bakteriyel soğuk su hastalıklarına karşı direnç için öngörülen üreme değerlerinin doğruluğunu iki katına çıkarır. Genetik Seçim ve Gelişimi. 49:17