ABSTRACT Sea lice ( Caligus rogercresseyi ) are ectoparasitic copepods which have a large negative economic and welfare impact in Atlantic salmon ( Salmo salar ) aquaculture, particularly in Chile. A multi-faceted prevention and control strategy is required to tackle lice, and selective breeding contributes via cumulative improvement of host resistance to the parasite. While host resistance has been shown to be heritable, little is yet known about the individual loci that contribute to this resistance, the potential underlying genes, and their mechanisms of action. In this study we took a multifaceted approach to identify and characterise quantitative trait loci (QTL) affecting hose resistance in a population of 2,688 Caligus-challenged Atlantic salmon post-smolts from a commercial breeding programme. We used low and medium density genotyping to collect genome-wide SNP marker data for all animals. Moderate heritablility estimates of 0.28 and 0.24 were obtained for lice density (as a measure of host resistance) and growth during infestation respectively. Three QTL explaining between 7 and 13 % of the genetic variation in resistance to sea lice (as represented by the traits of lice density) were detected on chromosomes 3, 18 and 21. Characterisation of these QTL regions was undertaken using RNA sequencing and pooled whole genome sequencing data. This resulted in the identification of a shortlist of potential underlying causative genes, and candidate functional mutations for further study. For example, candidates within the chromosome 3 QTL include a putative premature stop mutation in TOB1 (an anti-proliferative transcription factor involved in T cell regulation) and an uncharacterized protein which showed significant differential allelic expression (implying the existence of a cis-acting regulatory mutation). While host resistance to sea lice is polygenic in nature, the results of this study highlight significant QTL regions together explaining a moderate proportion of the heritability of the trait. Future investigation of these QTL may enable improved knowledge of the functional mechanisms of host resistance to sea lice, and incorporation of functional variants to improve genomic selection accuracy.

Abstract The Pacific oyster ( Crassostrea gigas ) is a marine bivalve species with vital roles in coastal ecosystems and aquaculture globally. While extensive genomic tools are available for C. gigas , highly contiguous reference genomes are required to support both fundamental and applied research. In the current study, high coverage long and short read sequence data generated on Pacific Biosciences and Illumina platforms from a single female individual specimen was used to generate an initial assembly, which was then scaffolded into 10 pseudo chromosomes using both Hi-C sequencing and a high density SNP linkage map. The final assembly has a scaffold N50 of 58.4 Mb and a contig N50 of 1.8 Mb, representing a step advance on the previously published C. gigas assembly. The new assembly was annotated using Pacific Biosciences Iso-Seq and Illumina RNA-Seq data, identifying 30K putative protein coding genes, with an average of 3.9 transcripts per gene. Annotation of putative repeat elements highlighted an inverse relationship with gene density, and identified putative centromeres of the metacentric chromosomes. An enrichment of Helitron rolling circle transponsable elements was observed, suggesting their potential role in shaping the evolution of the C. gigas genome. This new chromosome-level assembly will be an enabling resource for genetics and genomics studies to support fundamental insight into bivalve biology, as well as for genetic improvement of C. gigas in aquaculture breeding programmes.

Background: Gill health is one of the main concerns for Atlantic salmon aquaculture, and Amoebic Gill Disease (AGD), attributable to infection by the amoeba Neoparamoeba perurans, is a frequent cause of morbidity. In the absence of preventive measures, increasing genetic resistance of salmon to AGD via selective breeding can reduce the incidence of the disease and mitigate gill damage. Understanding the mechanisms leading to AGD resistance and the underlying causative genomic features can aid in this effort, while also providing critical information for the development of other control strategies. AGD resistance is considered to be moderately heritable, and several putative QTL have been identified. The aim of the current study was to improve understanding of the mechanisms underlying AGD resistance, and to identify putative causative genomic factors underlying the QTL. To achieve this, RNA was extracted from the gill and head kidney of AGD resistant and susceptible animals following a challenge with N. perurans, and sequenced. Results: Comparison between resistant and susceptible animals pointed to differences mainly in the local immune response in the gill, involving red blood cell genes and genes related to immune function and cell adhesion. Differentially expressed immune genes highlighted differences in the Th2 and Th17 responses, which are consistent with the increased heritability observed after successive challenges with the amoeba. Five QTL-region candidate genes showed differential expression, including a gene connected to interferon responses (GVINP1), a gene involved in systemic inflammation (MAP4K4), and a positive regulator of apoptosis (TRIM39). Analyses of allele-specific expression highlighted a gene in the QTL region on chromosome 17, cellular repressor of E1A-stimulated genes 1 (CREG1), showing allelic differential expression suggestive of a cis-acting regulatory variant. Conclusions: In summary, this study provides new insights into the mechanisms of resistance to AGD in Atlantic salmon, and highlights candidate genes for further functional studies that can further elucidate the genomic mechanisms leading to resistance and contribute to enhancing salmon health via improved genomic selection.

Ostreid herpesvirus (OsHV) can cause mass mortality events in Pacific oyster aquaculture. While various factors impact on the severity of outbreaks, it is clear that genetic resistance of the host is an important determinant of mortality levels. This raises the possibility of selective breeding strategies to improve the genetic resistance of farmed oyster stocks, thereby contributing to disease control. Traditional selective breeding can be augmented by use of genetic markers, either via marker-assisted or genomic selection. The aim of the current study was to investigate the genetic architecture of resistance to OsHV in Pacific oyster, to identify genomic regions containing putative resistance genes, and to inform the use of genomics to enhance efforts to breed for resistance. To achieve this, a population of ~1,000 juvenile oysters were experimentally challenged with a virulent form of OsHV, with samples taken from mortalities and survivors for genotyping and qPCR measurement of viral load. The samples were genotyped using a recently-developed SNP array, and the genotype data were used to reconstruct the pedigree. Using these pedigree and genotype data, the first high density linkage map was constructed for Pacific oyster, containing 20,353 SNPs mapped to the ten pairs of chromosomes. Genetic parameters for resistance to OsHV were estimated, indicating a significant but low heritability for the binary trait of survival and also for viral load measures (h2 0.12 - 0.25). A genome-wide association study highlighted a region of linkage group 6 containing a significant QTL affecting host resistance. These results are an important step towards identification of genes underlying resistance to OsHV in oyster, and a step towards applying genomic data to enhance selective breeding for disease resistance in oyster aquaculture.

Background: Sea lice are parasitic copepods that cause large economic losses to salmon aquaculture worldwide. Frequent chemotherapeutic treatments are typically required to control this parasite, and alternative measures such as breeding for improved host resistance are desirable. Insight into the host-parasite interaction and mechanisms of host resistance can lead to improvements in selective breeding, and potentially novel treatment targets. In this study, RNA sequencing was used to study the skin transcriptome of Atlantic salmon parasitized with sea lice (C. rogercresseyi). The overall aims were to compare the transcriptomic profile of skin at louse attachment sites and 'healthy' skin, and to assess differences between animals with varying levels of resistance to the parasite. Results: Atlantic salmon were challenged with C. rogercresseyi, growth and lice count measurements were taken for each fish. 21 animals were selected and RNA-Seq was performed on skin from a louse attachment site, and skin distal to attachment sites for each animal. These animals were classified into family-balanced groups according to the traits of resistance (high vs low lice count), and growth during infestation (an indication of tolerance). Overall comparison of skin from louse attachment sites versus healthy skin showed that 4,355 genes were differentially expressed, indicating local up-regulation of several immune pathways and activation of tissue repair mechanisms. Comparison between resistant and susceptible animals highlighted expression differences in several immune response and pattern recognition genes, and also myogenic and iron availability factors. Genomic regions showing signs of differentiation between resistant and susceptible fish were identified using an Fst analysis. Conclusions: Comparison of the skin transcriptome between louse attachment sites and healthy skin has yielded a detailed profile of genes and pathways with putative roles in the local host immune response to C. rogercresseyi. The difference in skin gene expression profile between resistant and susceptible animals led to the identification of several immune and myogenic pathways potentially involved in host resistance. Components of these pathways may be targets for studies aimed at improved or novel treatment strategies, or to prioritise candidate functional polymorphisms to enhance genomic selection for host resistance in commercial salmon farming.

The interest in recirculating aquaculture systems (RAS) is growing due to their benefits such as increased productivity, better control over animal care, reduced environmental effects, and less water consumption. However, in some regions of the world, traditional aquaculture methods remain prevalent, and selective breeding has often been designed for performance within these systems. Therefore, it is important to evaluate how current fish populations fare in RAS to guide future breeding choices. In a commercial setting, we explore the genetic structure of growth characteristics, measure genotype-environment interactions (GxE) in salmon smolts, and examine genetic markers related to growth in freshwater lochs and RAS. Young salmon were raised together until they reached the parr stage, after which they were divided equally between freshwater net-pens and RAS. After an 8-week period, we sampled fish from each environment and genotyped them. Our findings revealed that fish reared in RAS were generally smaller in weight and length but exhibited a higher condition factor and uniformity. We found a notably smaller component of unexplained variance in the RAS, leading to higher heritability estimates. We observed a low GxE effect for length and condition factor, but significant re-ranking for whole-body weight, as well as noticeable differences in trait associations across environments. Specifically, a segment of chromosome 22 was found to be linked with the condition factor in the RAS population only. Results suggests that if the use of RAS continues to expand, the efficiency of existing commercial populations may not reach its full potential unless breeding programs specific to RAS are implemented.

In genomic selection (GS), genome-wide SNP markers are used to generate genomic estimated breeding values (gEBVs) for selection candidates. The application of GS in shellfish looks promising and has the potential to help in dealing with one of the main issues currently affecting Pacific oyster production worldwide, which is the "summer mortality syndrome". This causes periodic mass mortality in farms worldwide and has mainly been attributed to a specific variant of the Ostreid herpesvirus (OsHV-1-uvar). In the current study, we evaluated the potential of genomic selection for host resistance OsHV in Pacific oysters, and compared it to pedigree-based approaches. An OsHV-1 disease challenge was performed using an immersion-based virus exposure treatment for oysters for seven days. 768 samples were genotyped using the medium density SNP array for oysters. GWAS was performed for the survival trait using a GBLUP approach in BLUPF90 software. Heritability ranged from 0.25(0.05) to 0.37(0.05) (mean(s.e)) based on pedigree and genomic information, respectively. Genomic prediction was more accurate than pedigree prediction, and SNP density reduction had little impact on prediction accuracy until marker densities dropped below ~500 SNPs. This demonstrates the potential for GS in Pacific oyster breeding programs and importantly, demonstrates that a low number of SNPs might suffice to obtain accurate gEBVs, thus potentially making the implementation of GS more cost effective.

ABSTRACT Background Salmon Rickettsial Syndrome (SRS), caused by Piscirickettsia salmonis, is one of the primary causes of morbidity and mortality in Atlantic salmon aquaculture, particularly in Chile. Host resistance is a heritable trait, and functional genomic studies have highlighted genes and pathways important in the response of salmon to the bacteria. However, the functional mechanisms underpinning genetic resistance are not yet well understood. In the current study, a large population of salmon pre-smolts were challenged with P. salmonis , with mortality levels recorded and samples taken for genotyping. In parallel, head kidney and liver samples were taken from animals of the same population with high and low genomic breeding values for resistance, and used for RNA-Sequencing to compare their transcriptome profile both pre and post infection. Results A significant and moderate heritability (h 2 = 0.43) was shown for the trait of binary survival. Genome-wide association analyses using 38K imputed SNP genotypes across 2,251 animals highlighted that resistance is a polygenic trait. Several thousand genes were identified as differentially expressed between controls and infected samples, and enriched pathways related to the host immune response were highlighted. In addition, several networks with significant correlation with SRS resistance breeding values were identified, suggesting their involvement in mediating genetic resistance. These included apoptosis, cytoskeletal organisation, and the inflammasome. Conclusions While resistance to SRS is a polygenic trait, this study has highlighted several relevant networks and genes that are likely to play a role in mediating genetic resistance. These genes may be future targets for functional studies, including genome editing, to further elucidate their role underpinning genetic variation in host resistance.

Concholepas concholepas (loco) is a carnivorous gastropod that inhabits the coast of Chile and Peru. Its fisheries showed a great importance in the past decades, however, now mainly relies on artisanal management of wild stocks. Feeding is one of the important factors that have restrained the establishment of large scale field rearing of loco. C. concholepas food preferences consist of mytilids and cirripeds, however its digestive physiology has not been studied and its digestive enzymes have not been yet characterized. The purification of amylase and protease from the digestive gland and the gland of Leiblein of C. concholepas were performed by ionic exchange chromatography (DEAE-cellulose), and substrate-PAGE indicated the presence of the amylase and protease in the fractions collected from the column. Amylase enzymatic assays showed its maximum activity at pH 7.0 and 50°C in the digestive gland. Protease on the other hand showed a great acidic activity, specifically at pH 3.0 in both organs, also at 50°C. Inhibition of the amylolytic activity was observed in the presence of EDTA, and metal ions like MnCl2, MgCl2, ZnSO4, while it was enhanced in the presence of CaCl2, NaCl, KCl. Protease inhibition assays were also performed evidencing mainly the presence of aspartic proteases and a low but not inexistent presence of serine proteases. Our results provide evidence of important proteolytic but also amylolytic activities present in the digestive system of loco, providing evidence that this mollusc has wider digestive capabilities than initially though, which could potentially lead to the development of alternative food diets.

ABSTRACT Cleaner fish species have gained great importance in the control of sea lice, among them, lumpfish ( Cyclopterus lumpus ) has become one of the most popular. Lumpfish life cycle has been closed, and hatchery reproduction is now possible, however, current production is reliant on wild caught broodstock to meet the increasing demand. Selective breeding practices are called to play an important role in the successful breeding of most aquaculture species, including lumpfish. In this study we analysed a lumpfish population for the identification of genomic markers linked to production traits. Sequencing of RAD libraries allowed us to identify, 7,193 informative markers within the sampled individuals. Genome wide association analysis for sex, weight, condition factor and standard length was performed. One single major QTL region was identified for sex determination, while nine QTL regions were detected for weight, and three QTL regions for standard length. A total of 177 SNP markers of interest (from QTL regions) and 399 top F st SNP markers were combined in a low-density panel, useful to obtain relevant genetic information from lumpfish populations. Moreover, a robust combined subset of 29 SNP markers (10 associated to sex, 14 to weight and 18 to standard length) provided over 90% accuracy in predicting the animal’s phenotype. Overall, our findings provide significant insights into the genetic control of important traits in lumpfish and deliver important genomic resources that will facilitate the establishment of selective breeding programs in lumpfish.