DNA og Fiskerikontrol

Transkript

1 ?

2 DNA og Fiskerikontrol Læringsmål: Vide hvad en DNA analyse er Forstå hvordan DNA analyser anvendes i fiskeriforvaltning Få kendskab til hvilke DNA metoder der kan anvendes til fiskerikontrol Kunne vurdere om en DNA analyse ville kunne hjælpe i en given sag At kunne udtage en vævsprøve til DNA analyse

3 DNA og retsmedicin 1995 OJ Simpson frikendt! Anvendes nu rutinemæssigt til at identificere forbrydere genetisk fingeraftryk Også andre applikationer på planter og dyr, som kan hjælpe til sagsopklaring (træer, kattehår)

4 Hvorfor DNA Genetisk kode for alt liv DNA findes i (næsten)alle celler Selv små mængder nedbrudt DNA kan bruges Alt kan bruges fra båd til bord (toilet!): Fersk fisk Blod/slim på en kniv Fiskefilet

5 Den genetiske kode

6 DNA analyse DNA kerne mtdna Proteinase Celle

7 DNA oprensning

8 ATCTGA PCR ATCGAT SNP Microsatellite GGTAACATCCCGAAAGTC GGTAACATCACGAAAGTC GGTAACATCCTCTCTCTCTCTCGAAAGTC GGTAACATCCCTCTCTCTCTCCTCTCTGAAAGTC

9 Hvad er en (genetisk) bestand/population? Individer af en art der findes indenfor et ICES område? Individer af en art der findes indenfor et bestemt havområde ( Østersøtorsk )? Grupper af individer som er delvist reproduktivt isolerede fra andre artsfæller?

10 Oprindelige genetisk forskellige ørredbestande i Danmark Hansen et al nu

11 Oprindelige laksebestande i DK Storå Skjern Å Varde Å Ribe Å Nielsen et al. 1997; 1999

12 Ruzzante et al Bestande af torsk

13 % genetisk afstand Østersøen/Nordsøen Østersø Skagerrak Nordsø Atlanten kilometer Nielsen et al. 2003; 2004; Bekkevold et al. 2005;Hemmer- Hansen et al. 2007; Limborg et al. 2009

14 Torsk i Grønland

15 Frimærkesamling eller af betydning? Uanset hvad, begrænset migration mellem bestande! 3 2 1

16 Betydning for forvaltning og kvoter for Nordsøtorsk Tre genetisk adskilte bestande identificeret ved hjælp af DNA analyse Selvom den Nordøstlige komponent har det bedst i øjeblikket er den også den mest sårbare overfor fiskeri (lavere vækstrate) Selvom man fortsætter med en overordnet bæredygtig kvote for hele Nordsøen kan den Nordøstige komponent blive overfisket Kendskab til bestandsstruktur er derfor nødvendige for at sikre et bæredygtigt fiskeri på langt sigt Heath et al. submitted. Natural Environment Research Council (NERC) Sustainable Marine Bioresources Programme

17 Men hvad betyder det for fisken? Isolation giver mulighed for at bestandene kan tilpasse sig genetisk til det lokale miljø Bestand Udbredelsesområde Temperatur

18 What s so f****** special? Temperatur tolerance Vandringsmønster Størrelse og alder ved kønsmodning Sygdoms-resistens Gydetidspunkt

19 % Indikationer på lokale tilpasninger Massive udsætninger af fremmede laks i Ribe Å Laks Ribe Å voksne yngel oprindelige fremmede

20 Laksedræberen! Gyrodactylus

21 Fst salinity ( ) Indikationer på lokale tilpasninger 40 a b Flounder Cod Turbot 0.01 Sprat Herring Km from Bothnian bay Bothnian Bay/Sea Western Baltic North Sea Baltic proper Kattegat Eastern Atlantic Limborg et al. 2009

22 Kender i til andre tilpasninger?

23 Hvad kan det bruges til i fiskerikontrol? Identificere art Identificere genetisk bestand Identificere individer

24 Individ ID Individuel DNA profil Norsk register for alle lovligt fangede vågehvaler Kan til enhver til teste om en solgt bøf kommer fra en af hvalerne Hvis ikke.

25 Arts-identification Barcoding Barcoding of life database Et gen COI (cytochrome c oxidase subunit I ) 650 baser ACTG.. Adskiller 98% af de undersøgte fiske arter arter ( ) Simpel, da den bygger på kategoriske forskelle

26 Arts-identification Barcoding GGTAACATCCCGAAAGTC GGTAACATCACGAAAGTC Art 1 Art 2

27 Fish and Chips 80 supermarkeder, fiskebutikker og fish and chips udsalg i Dublin checket ved hjælp af DNA barcoding 82% af påståede torsk og kuller produkter var andre arter sej, hvilling og værre!

28 Kuller med torsken!? Fælles razzia med Fiskeri- og Fødevare-kontrol December 2011 hos fiskehandlere og eksportører En eksportør og to forhandlere solgte kuller og andet som torsk

29 Hvor stor tror i chancen for at få en skrubbe er når man bestiller en rødspætte?

30 Blandede fiskeprodukter

31 Snyd med torskerogn? Fødevarekontrollen havde msitanke om at torskerogn (Gadus morhua) blev helt eller delvist substitueret med rogn fra andre arter De bad os om at komme med en metode for identifikation af artssammensætning i torske-rogn på dåse

32 Resultater Nogle produkter viste en høj andel af andre arter Nogle producenter viste altid andre arter, nogle aldrig

33 Forveksling af arter problemer?!

34 Metoder til afsløring af oprindelsesbestand/område for enkelte Morphometrisk karakterisering Otolith: form mikrokemi Parasitter Bakterier Fedtsyrer DNA baserede metoder generelt mere sikre og standardiserede fisk

35 Genetisk bestands identifikation (GBI) af fisk og fiskeprodukter Fordeling og migration af bestande Styring af effort Kontrol af ulovligt fiskeri Fødevare autenticitet Øko-certificering

36 Genetisk landkort for gydebestande af torsk Jo mere ens i farve jo mere genetisk ens

37 % genetisk afstand Genetisk adskilte bestande mere regel end undtagelse specielt i danske farvande 100 Østersø Skagerrak Nordsø Atlanten kilometer Nielsen et al. 2003; 2004; Bekkevold et al. 2005;Hemmer- Hansen et al. 2007; Limborg et al. 2009

38 Hvordan henfører man fisk til deres oprindelsesbestand?

39 Hvordan henfører man fisk til deres oprindelsesbestand? Genetiske forskelle mellem bestande ikke katagoriske Bygger på frekvensforskelle Ser på mange gener = høj statistisk styrke GGTAACATCCCGAAAGTC GGTAACATCCCGAAAGTC GGTAACATCCCGAAAGTC GGTAACATCACGAAAGTC GGTAACATCCCGAAAGTC GGTAACATCACGAAAGTC GGTAACATCACGAAAGTC GGTAACATCACGAAAGTC GGTAACATCCCGAAAGTC GGTAACATCCCGAAAGTC Bestand A Bestand B

40 Hvordan henfører man fisk til deres oprindelsesbestand? Genetiske forskelle mellem bestande ikke katagoriske Bygger på frekvensforskelle Fisk af ukendt oprindelse GGTAACATCACGAAAGTC Hvor stammer den sandsynligvis fra? GGTAACATCCCGAAAGTC GGTAACATCCCGAAAGTC GGTAACATCCCGAAAGTC GGTAACATCACGAAAGTC GGTAACATCCCGAAAGTC GGTAACATCACGAAAGTC GGTAACATCACGAAAGTC GGTAACATCACGAAAGTC GGTAACATCCCGAAAGTC GGTAACATCCCGAAAGTC Bestand A Bestand B Sandsynlighed: 0.2 Sandsynlighed: 0.6 Person ID

41 % genetisk afstand Genetisk afstand Østersø Skagerrak Nordsø Atlanten kilometer

42 Fiskerikontrol Flere ton 1ér torsk landet af vestkyst kutter i Østersøen Torskene lignede Nordsøtorsk Torskenes kvalitetsmæssige tilstand passede ikke godt med fangsttidspunktet 5 torsk indleveret til genetisk analyse

43

44 Resultat Alle fem torsk grupperede med Nordsøen Sandsynligheden for at det skulle skyldes fejlklassification alene: Østersøen: 0,09 5 = 5,9*10-6 (cirka 6 milliontedele) Vestlige Østersø: 0,25 5 = 9*10-4 (cirka en tusindedel) 6 Januar 2006 ved retten i Thisted: i bøde og konfiskation af fangst

45 Fødevarekontrol/autencitet Mistanke om salg af Østersøtorsk som Nordsøtorsk i Sverige. Nordsø-torsk = bedre kvalitet = højere pris Svensk TV4 sendte os 42 torsk fra en række butikker i Sverige Alle torsk blev solgt som Vesterhavstorsk eller Nordøst-atlantisk torsk

46 Nordsø torsk sælges her!

47 Resultat 20 torsk grupperede med Nordsøen 17 torsk grupperede med Østersøen 5 torsk grupperede hverken med Nordsøen eller Østersøen Sandsynligheden for at basisprøverne og torsk fra de svenske forretninger stammer fra den samme sample/population = 0 Én leverandør påstår at torskene er fanget i Bælthavet: 2 af 10 torsk grupperede med Nordsøen. P = Samme butikker taget to gange sommer/vinter

48 Begrænsninger Genetiske forskelle manglende eller for små ( torske-kasser i Nordsøen) Genetiske bestande ikke områder hvis fejl er det? Bestande kan blande sig udenfor gydetidspunkt Fisk kan svømme!

49 Genetisk forskel Var vi bare heldige? 0,25 Generelt ringe mulighed for sikker bestemmele af oprindelse på grund af små genetiske forskelle mellem bestande 0,2 0,15 0,1 Average Median 0,05 0 ferskvand anadrome marine fra Ward et al. 1994

50 Nyt koncept gen-associerede markører Identificere SNPs i funktionelle gener som er vigtige for tilpasning (eller kvalitet!) til lokale miljøforhold forventes at være mere forskellige end en gennemsnitlig DNA markør Anvendelse af et panel de markører der viser de største genetiske forskelle til at henføre individuelle fisk til oprindelsesbestand/område Minimum paneler med maximal power Nielsen et al Nature Com.

51 Genetisk differentiering i % Tænkt eksempel; Hovedracer af mennesker Pigmentgener forventes at udvise langt større forskelle En prik = et gen Neutrale gener 10% Sandsynlighed (P-værdi/Bayesfaktor)

52 Traditionelle genetiske værktøjer Neutrale markører

53 Nye værktøjer: Gener påvirket af (miljømæssig) selektion

54 Database med fisk fra hele udbredelsen?

55 Praktisk anvendelse: Hvor kommer fisken fra? Eksempel: 8 udvalgte gener der viser maksimale forskelle mellem bestande Canada Lofoten? Nordsø Østersø 100% Korrekt henførsel til oprindelsesbestand

56 Case 1 Atlantic sild Der fandtes ingen metode til at skelne Nordsø og Nordøstatlantisk sild (Norske vårgydere og Islandske sommergydere) Sporingsværktøjer som kan henføre enkelte fisk til oprindelsesbestand er af interesse for MSC for at certificere fiskerier der opererer i de respektive farvande Vi udviklede et sporingspanel med 32 SNPs

57 Hvor kommer silden fra?

58 Case 2: Kulmule Mindstemål for kulmule er forskellige i Middelhavet og Atlanterhavet (20 og 27 cm) Undermåls Atlantiske kulmuler bliver ofte fejlrapporteret som værende af Middelhavs-oprindelse Vi udviklede et SNP sporingspanel med 17 markører

59 Hvor kommer kulmulen fra?

60 Konklusion for minimum paneler med maximal power Stort potentiale for at anvende gen-associerede SNPs under selektion til at henføre marine fisk (og mange andre organismer) til deres oprindelsesbestand SNP baserede metoder er lette at validere og standardisere og er derfor brugbare som bevismateriale i retssager, til fiskeriforvaltning og til produktcertificering Ikke bare kan man afgøre om et individ sandsynligvis stammer fra en given bestand, man kan også afgøre hvor usandsynligt det er at det stammer fra et eller flere alternativer Én central valideret database kan anvendes af alle brugere på Europæisk (verdens) plan

61 Analyser af mixede bestande Skagerrak er et vigtigt opvækstområde for sild fra Nordsøen, indre danske farvande og Vestlige Østersø Traditionelle metoder kan kun adskille NS og VØ (Rügen) Ca. halvdelen som kaldes Vårgydere fra WØ i mixede prøver fra Skagerrak er ikke fra Rügen Bekkevold et al in press

62 Fokus på sporbarhed i EU Alle fiskeprodukter skal mærkes, men hvem skal checke at indholdet svarer til mærkerne?

63 Hvad skal man ikke gøre! 1995 OJ Simpson frikendt! 1/ Forsvarer: cirka 150 andre amerikanske mænd kunne have gjort det. Anklager: Givet alle andre indicier øger det sandsynligheden gange

64 Hvad kan man lære af det? Stikprøvekontrol er vanskeligt af føre til dom da: Ingen andre beviser Fisk kan svømme! Derfor: Brug DNA når man mangler det afgørende bevis når man har indicier Eller hvis man vil have en indikation af problemets omfang!!!

65 Prioriteter At identificere fra art til art, de vigtigste problemstillinger og hvilke genetiske data der er nødvendige for sikker bestemmelse af oprindelsesbestand Dette kræver kontinuerligt samarbejde mellem forskere (DTU Aqua), fiskerikontrollen og EU (DG Mare og Community Fisheries Control Agency,CFCA)

66 Har i nogen problemstillinger hvor i tror DNA kan hjælpe?

67 Kogebog 1) I får mistanke om ulovligt (erhvervs/fritids/sports) fiskeri, hvor i mener DNA kan gøre en forskel (arts- eller bestands-identifikation) 2) Ring til DTU AQUA , Einar Eg Nielsen eller Dorte Bekkevold )Udtag vævs-prøver, finneklip, med en saks der aftørres grundigt efter hvert individ Vævet fryses individuelt i poser eller i spritrør Antallet af prøver (fisk) der skal udtages afhænger af analysen: arts/bestands-id, IA eller MSA og spørgsmålet. For bestands IA 10-50, men hvis der kun er én fisk kan det også gå i visse tilfælde. 4) Dokumentation længde, vægt, evt modenhed + billeder Gem et rep. udsnit af hele fisk (om muligt) 5) Afrapportering Rapport og samtale om rapporten Afregning (? )

68 Skema

69 Vi udtager prøver på torsdag!