Exploring the Role of Egg Microbiota in the Initial Colonization of Yolk-Sac Fry of Atlantic Salmon (Salmo salar)

Abstract

Mikrobiell kolonisering av skinn, tarm og gjeller er kjent for å påvirke fiskens utvikling og helse. Det finnes imidlertid lite forskning som fokuserer på å forstå eggmikrobiotaens bidrag til kolonisering av yngel etter klekking. Tradisjonelt sett har vannet blitt antatt til å være hovedkilden til den første koloniseringen av fisk, spesielt innen akvakultur der eggene desinfiseres før klekking. Imidlertid så har det mulige bidraget fra eggmikrobiotaen på yngel blitt oversett.

Målet med denne masteroppgaven var å forstå rollen til eggmikrobiotaen på nylig klekkede plommesekkyngel. Bakteriefrie lakseegg ble kolonisert enten med skinn-mucus fra en eldre laks, vann fra en tank med plommesekkyngel, eller forble bakteriefrie frem til klekking. På klekkedagen ble vannet i flaskene enten byttet ut med vann fra et RAS-anlegg for smoltproduksjon eller startfôring av lakse-yngel. Prøver av vann, egg og plommesekkyngel ble tatt for å undersøke de mikrobielle samfunnene i de ulike gruppene ved hjelp av Illumina-sekvensering av V3-V4-regionen av 16S rDNA-amplikon.

Variasjoner i fisken og vannets mikrobiota ble observert mellom behandlingsgruppene, men \textit{Oxalobacteraceae} og \textit{Flavobacteriaceae} familiene ble funnet på tvers av alle behandlinsgruppene. Gruppene eksponert for lakseskinnmucus hadde en høyere forekomst av \textit{Comamonadaceae}, mens \textit{Pseudomonadaceae} var mer vanlig i gruppene eksponert for plommesekkyngelvann og de ubehandlede gruppene. Høy overlevelsesrate indikerte gunstige forhold, men bakteriell kontaminering ble funnet i noen av de bakteriefrie gruppene.

Funnene i oppgaven synliggjør en signifikant forskjell mellom mikrobiotaen til plommesekkyngelen som ble eksponert for behandlingene sammenlignet med de uten mikrobiell behandling på egg stadiet. Videre viste plommesekkyngelen som var eksponert for lakseskinnmucus mindre følsomhet overfor mikrobielle behandlinger etter klekking, mens plommesekkyngel som var eksponert for plommesekkyngelvann var betydelig påvirket av mikrobiell behandling etter klekking.

Disse funnene bidrar til forståelse om faktorene som påvirker den første mikrobielle koloniseringen av fisk og understreker betydningen av å ikke bare vurdere det omkringliggende vannet, men også eggmikrobiotaen når man studerer de tidlige livsstadiene til fisk. Videre antyder resultatene at mikrobielle behandlinger på eggstadiet kan være en mulig strategi for å forbedre overlevelsesraten og fremme helsen til oppdrettslaks.

This thesis aimed to understand the role of the egg microbiota for a newly hatched yolk-sac fry. Germ-free salmon eggs were colonized with salmon skin mucus, yolk-sac fry rearing water or were kept germ-free until hatching. On the day of hatching, the rearing waters were exchanged with either smolt-production RAS water or start-feeding RAS water. Water, eggs, and yolk-sac fry were sampled to investigate the microbial communities in the different experimental groups, employing Illumina sequencing of the V3-V4 region of 16S rDNA amplicons.

Variations in fish and water microbiota were observed between the treatment groups and with a consistent abundance of \textit{Oxalobacteraceae} and \textit{Flavobacteriaceae} across all groups. Skin mucus-exposed groups had a higher presence of \textit{Comamonadaceae}, while \textit{Pseudomonadaceae} was more common in the groups exposed to yolk-sac fry rearing water during the egg stage and the untreated group. High survival rates indicated favorable conditions, but concerns were raised regarding bacterial contaminants in some germ-free rearing flasks.

Moreover, the microbial treatments exposed to the eggs significantly influenced the microbiota of newly hatched yolk-sac fry. Yolk-sac fry exposed to skin mucus or yolk-sac fry rearing water during the egg stage exhibited distinct microbiotas compared to those without microbial treatments. Interestingly, skin mucus-exposed fry showed less sensitivity to post-hatching microbial treatments, whereas yolk-sac fry exposed to rearing water were significantly influenced by such treatments.

These findings enhance our understanding of the factors influencing initial microbial colonization of fish and emphasize the importance of considering not only the surrounding water but also the egg-associated microbial community when studying the early life stages of fish. Moreover, the results suggest that introducing microbial treatments at the egg stage could be a feasible strategy for enhancing the survival rate and promoting the overall health of farmed Atlantic salmon.