Genetik förklarar säsongsmässig dynamik i spermiekvaliteten hos odlad fjällröding

Kort sammanfattning

Inom vattenbruk är timing avgörande, särskilt när det gäller fiskens reproduktion. För röding, en kallvattenlevande laxfisk som odlas på nordliga breddgrader, är spermakvaliteten inte konstant under hela reproduktionsperioden. Istället kan den fluktuera avsevärt. Vi arbetade med att ta reda på hur genetiken är inblandad i dessa förändringar och kunde konstatera att vissa fiskar är bättre än andra på att producera högkvalitativa spermier vid rätt tidpunkt. Att förstå dessa genetiska effekter kan bidra till att förbättra avelsframgången och stödja mer hållbara vattenbruksmetoder.

Hur definierar vi en fertil hane?

För att definiera en fertil hane bedömer vi flera viktiga aspekter av spermiekvaliteten. Detta innefattar mätning av progressiv motilitet (hur många spermier som aktivt simmar framåt) samt simhastigheten hos dessa celler och spermiekoncentrationen i provet. En av de viktigaste indikatorerna är andelen högmotila spermier, som är direkt relaterad till hanens reproduktiva potential. Progressiv spermierörlighet är en nyckelparameter som ofta används för att bedöma hanars fertilitet hos boskaps- och vattenbruksarter. Detta mäts vanligtvis med hjälp av ett automatiserat system som kallas datorassisterad spermaanalys (CASA). Generellt anses hanar med en spermierörlighet på över 80 % vara mycket fertila.

Fjällrödingen leker vanligtvis från början av oktober till november (naturlig lek), men på odlingar kan leken fördröjas till december genom manipulering av fotoperioden (fördröjd lek). För att förstå hur fertiliteten förändras över tid utvärderade vi spermakvaliteten från samma hane vid tre tillfällen under leksäsongen (tidigt, mitt i säsongen och sent på säsongen) under både naturliga och fördröjda förhållanden. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för oss att spåra förändringar i spermieprestanda inom enskilda män, vilket ger värdefulla insikter i säsongsmönster för fertilitet.

Hur genomiska verktyg avslöjar mönster i säsongsmässiga fertilitetsförändringar

Kraftfulla verktyg som next-generation sequencing (NGS) används för att avslöja de genetiska effekterna på fertiliteten. Detta kan omfatta partiell genomsekvensering, t.ex. double digest restriction site-associated DNA sequencing (ddRAD-seq), eller fullskaliga metoder som helgenomsekvensering (WGS). Med dessa tekniker kan vi skanna antingen riktade delar av genomet eller hela DNA-sekvensen för att hitta genetiska markörer som är kopplade till en egenskap av intresse. Genom att undersöka skillnader i allelfrekvenser mellan test- och kontrollgrupper kan vi identifiera de mest genetiskt differentierade regionerna i genomet. Dessa regioner fungerar som genomiska ”hotspots” och lyfter fram kandidatgener som är kopplade till spermiernas egenskaper och den övergripande fertiliteten.

I vår studie fokuserade vi på två grupper av rödinghanar: en med varierande spermakvalitet under hela lekperioden och en annan med konsekvent högkvalitativa spermier under hela perioden. För att undersöka de genetiska skillnaderna mellan dessa grupper använde vi ddRAD-sekvensering för 92 hanar och helgenomsekvensering (WGS) för 16 hanar.

Genomik förklarar mönster i variationer i spermiekvalitet hos röding

Vi fann att hanar som hölls under liknande miljöförhållanden (uppfödningstankar, vattenkvalitet, utfodring) presterade olika vad gäller fertilitet. I synnerhet hade 29% och 42% av hanarna från de naturliga respektive fördröjda lekgrupperna en mycket varierande progressiv motilitet.

Genom att analysera skillnader i allelfrekvenser över hela genomet använde vi en metod som kallas FST-scanning för att mäta genetisk differentiering mellan hanar med genomgående god respektive mycket varierande spermierörlighet. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för oss att identifiera specifika genomiska regioner över åtta kromosomer som kan kopplas till varierande fertilitet under hela lekperioden. Nära dessa regioner hittade vi 16 gener som är kända för att vara involverade i viktiga funktioner för spermiekvalitet hos däggdjursarter.

Dessa resultat ger en detaljerad bild av säsongsmässiga och genetiska effekter på spermiekvaliteten och kan användas för att vägleda beslut om val av avelsbestånd och hantering av kläckerier.

Länk till publikationen

Seasonal and age-related changes in sperm quality of farmed arctic charr (Salvelinus alpinus) (2023)

Författare: Khrystyna Kurta, Henrik Jeuthe, Rakan Naboulsi, Dirk-Jan de Koning & Christos Palaiokostas