Rød eller blek laks - betydningen av genetikk og miljø

Laksens arvemateriale er av stor betydning for dens evne til å ta opp pigmentet astaxanthin fra fôret og overføre det til fileten. Kanskje så mye som 60% av forskjellen i rødfarge mellom individer skyldes genetiske forskjeller. Avlsselskapene har over mange år drevet aktiv seleksjon for å øke rødfargen i fileten, da dette anses som viktig for hvordan produktet oppfattes i markedet. I de senere år har enkeltgener som synes å ha betydning for laksens rødfarge blitt kartlagt for å forbedre genmaterialet og forstå mekanismene som kontrollerer laksens rødfarge.

Laksens karakteristiske rødfarge er et resultat av astaxanthin, et fettløselig naturlig fargestoff som tas opp og transporteres i fisken sammen med andre fettforbindelser i fôret. Astaxanthin er en kraftig antioksidant som hindrer skadelig oksidasjon (harskning). Det har blitt spekulert i om oksygenmangel (hypoksi) og stress ved håndtering av laksen er årsaken til svak eller ujevn innfarging, da astaxanthin kan forbrukes under belastende situasjoner som f.eks avlusing.

Dette prosjektet hadde forsøk i både ferskvann og i sjøvann.

Resultatene

I ferskvannsforsøket hvor laks fikk inaktivert ett av tre kandidatgener fant vi at to av disse genene gav en svak økning i pigmentering når de ble inaktivert, mens genet som kalles bco1-like viste en svært tydelig effekt på filetfargen når det ble inaktivert. Dette genet produserer et enzym i tarmcellene som bryter ned astaxanthin. Når genet inaktiveres, vil ikke enzymet bli dannet og fisken tar opp mer astaxanthin og blir rødere i kjøttet. En utfordring med å bruke gen-redigering i laks er at ikke riktig alle kroppens celler blir redigert. I modelldyr er det derfor vanlig å krysse tilbake ‘redigerte’ individer i 2 generasjoner for å få dyr som arver den redigerte genvarianten fra begge foreldrene. Laks har lengre generasjonsintervall enn vanlige forsøksdyr, og dette ville tatt flere år. Derfor valgte vi å bruke individer hvor en svart høy andel av cellene i laksen var redigert.

Når vi analyserte hvordan inaktivering av ett gen påvirker aktiviteten til en hel rekke andre gener var det særlig gener knyttet til kolesterol-syntese, vitamin D- syntese og fett-metabolisme som ble påvirket. Andre forsøk har vist at økt bruk av planteoljer i fiskefôret også påvirker gener knyttet til fett-metabolisme. Resultatene våre støtter derfor antakelsen om at overgangen fra en fiskeoljebasert diett til en mer planteoljebasert diett også kan ha konsekvenser for omsetningen av astaxanthin i laks.

I sjøvannsforsøket fant vi ingen effekt av gjentatt hypoksi og håndtering på filetfargen, hverken i den høypigmenterte eller lavpigmenterte linjen (figur 1). Dette kan enten tyde på at andre antioksidanter er viktigere enn astaxanthin, eller at mengden astaxanthin som forbrukes for å motvirke oksidativt stress er så beskjedent at den ikke lar seg kvantifisere med de kjemiske, spektroskopiske og visuelle metodene vi har brukt. Derimot fikk vi dokumentert stor fargeforskjell mellom den høypigmenterte og lavpigmenterte linjen (figur 2). Vi viste også at stress påvirker fiskevelferden. Individene som ble stresset viste redusert kroppsvekt og lavere kondisjonsfaktor sammenliknet med kontrollgruppen. Vi observerte også økt forekomst av ytre skader i form av skjell-tap, blødninger og øyeskader hos disse individene

Om forsøkene

Inaktivering av enkeltgen

Ferskvannsforsøket ble gjennomført ved Senter for Bærekraftig Akvakultur ved NMBU. Individene fikk inaktivert ett av tre kjente kandidatgener for pigmentering ved hjelp av gen-redigering (CRISPR/CAS9), og ble sammenliknet med en kontrollgruppe. Hensikten var å observere hvilken effekt inaktiveringen av det enkelte gen hadde på rødfargen, men også hvordan denne inaktiveringen påvirker uttrykket av en hel rekke andre gener. Dette fortalte oss noe om hvilke molekylære mekanismer som er viktige for opptak og transport av astaxanthin i laksen.

Effekten av oksygenmangel og håndtering

Sjøvannsforsøket ble gjennomført ved LetSea sin forsøksstasjon på Dønna. Her ble fisken holdt fra den ble satt i sjø frem til den var slakteklar. Denne laksen bestod av to linjer, en som var selektert for sterk rødfarge og en som var selektert for svak rødfarge (figur 1). Fiskene ble utsatt for kontrollert oksygenmangel (hypoksi) ved at de opphold seg i et kar uten oksygentilførsel til oksygenmetningen nådde 35%. Det varte rundt 15 minutter. De ble deretter bedøvet, veid, målt og tilbakeført til merd. Denne behandlingen ble dermed en kombinasjon av hypoksi og fysisk håndtering (stress), og ble gjentatt inntil 3 ganger med cirka en måneds mellomrom før slakt. Fiskene ble sammenliknet med en kontrollgruppe som ikke ble utsatt for dette. Hensikten var å undersøke om hypoksi og fysisk håndtering (stress) påvirket filetfarge. Vi undersøkte også om linjen som var selektert for sterk rødfarge tålte håndtering og lave oksygennivåer bedre enn den som var selektert for svak rødfarge.

(fig 1)

Konklusjon

Resultatene fra prosjektet viste at flaskehalsen for en rød laksemuskel er tarmen, hvor samspillet mellom ulike gener og fôret påvirker hvor mye astaxanthin som blir tilgengelig for deponering. Det er særlig genet bco1 like som kan kontrollere evnen til å ta opp fargepigmentet fra fôret. Fra forsøkene på stor laks i sjø fant vi ingen sammenheng mellom et stressende oppdrettsmiljø og redusert rødfarge. Forsøkene viser at fiskens genetikk er avgjørende for god innfarging, og at vi trenger mer kunnskap om hvordan fettstoffer i fôret påvirker opptak og omsetning av astaxanthin.