2012-07-03
Genetisk analys av Klarälvslax från Forshaga avelsfiske 2011
Stefan Palm & Tore Prestegaard
Sötvattenslaboratoriet, Drottningholm, Institutionen för akvatiska resurser, SLU
Inledning
I Klarälven finns en av världens få insjölevande och storvuxna populationer av Atlantisk lax
(Salmo salar). I historisk tid utgjorde sannolikt Klarälven ett av Sveriges mer produktiva
laxvattendrag. Vattenkraftsutbyggnad och andra mänskliga aktiviteter har dock kraftigt påverkat
vattendragets vandrande fiskarter, och sedan 1930-talet är den naturliga produktionen av lax i
Klarälven helt beroende av att man med lastbil transporterat lekfisk förbi kraftverken i älvens
nedre del. Sedan åtskilliga decennier sker odling och utsättning av lax och öring av lokal stam i
Klarälvens nedre del. Sedan 1960/70-talen sker även utsättning av Gullspångslax och –öring i
samma vattendrag.
En nyligen genomförd genetisk kartläggning av lax och öring från Vänern (Palm et al. 2012) har
visat att Klarälvens laxfiskbestånd är att betrakta som genetiskt unika och skyddsvärda, trots
årtionden av mänsklig påverkan i form av bland annat avsiktliga och oavsiktliga korsningar med
de odlade stammarna från Gullspångsälven. För att långsiktigt skydda och bevara Klarälvens lax
och sjövandrande öring samt de odlade Gullspångsstammarna rekommenderades att flytta de
senare till annat vattendrag samt att avstå från upptransport av odlad fisk i Klarälven.
Det rekommenderades också att med genetisk metodik närmare utvärdera den "säkerhetsgräns"
som sedan länge använts i Forshaga och som innebär att ingen Klarälvslax (odlad eller vild) med
en vikt över 5,5 kg används för avel eller vidare transport upp till lekområdena i älven. Syftet
med denna regel är att minska risken för att lax av den mer storvuxna Gullspångsstammen (inkl.
stamhybrider) av misstag ska feltolkas som K-lax. Samtidigt har genetiska analyser av
-1-
Klarälvslax fångad ute i Vänern under senare år visat att omkring 20% av individerna i denna
stam kan överstiga 5,5 kg (Palm et al. 2012). Att systematiskt sortera bort de mest storvuxna
fiskarna innebär sannolikt ett betydande produktionsbortfall. Som exempel kan nämnas att
säkerhetsgränsen för K-lax under säsongen 2011 resulterade i att man avstod från omkring 25%
av honorna i vikt räknat (beräknat utifrån data erhållna från Marco Blixt, Fortum AB).
I föreliggande genetiska delprojekt (Dnr 582-2700-2011) med finansiering inom pågående
InterReg Sverige-Norgeprojektet "Vänerlaxens fria gång" har följande frågeställningar stått i
fokus:
Förekommer inslag av Gullspångslax (inkl. stamhybrider) bland den fenklippta samt
oklippta, förmodat vildfödda, Klarälvslax som fångades och provtogs i Forshaga avelsfiske
sommaren 2011?
Hur stort inslag av "Gullspångsgener" föreligger bland individer understigande resp.
överstigande 5,5 kg, den säkerhetsgräns som sedan lång tid tillämpas vid urval av lax för avel
samt transport vidare upp i Klarälven?
Material och metoder
Fångststatistik och DNA-provtagning
Under säsongen 2011 fångades totalt 1 177 laxar i Forshaga laxfälla vilka genom sitt fenklippningsmönster eller avsaknad av fenklippning bedömdes vara odlad respektive vildfödd lax
av Klarälvsstam. Av de fångade Klarälvslaxarna hade 1 032 st. (88%) fettfenan kvar vilket tolkas
som att de är vildfödda (data från Fortum AB).
Provtagning för genetisk analys genomfördes vid sammanlagt 16 tillfällen under perioden 7 juli
till 4 oktober. Ett mindre fenklipp för genetisk analys togs från sammanlagt 991 individer. Att
inte all lax provtogs beror dels på att ett antal individer var alltför svårhanterliga för att medge
snabb och enkel provtagning, samt att inga fenprov togs från det drygt hundratal fiskar som
under slutet av säsongen reserverades för kommande avelsarbete.
Inledningsvis noterades av misstag inte uppgifter om fenklippning eller kön vid genprovtagningen, varför sammanlagt 117 av de DNA-provtagna fiskarna saknar sådana data. Av de
övriga 874 provtagna fiskarna hade 751 (86%) fettfenan kvar. En av de oklippta fiskarna ansågs
vid provtagningen vara svårbedömd, och noterades som misstänkt arthybrid med öring (s.k.
"laxing"). I ett senare skede visade sig 20 av de DNA-provtagna laxarna av okänd anledning
sakna fenprov (tomma provrör) och sammanlagt har genetiska rådata erhållits för 970 individer
vilket motsvarar 91% av de totalt 1 070 K-laxar som enligt Fortum AB transporterades upp i
älven under 2011.
-2-
Utöver dessa 970 laxar har även 22 döda individer provtagits. Dessa fiskar dog antingen i
samband med fångst och mätning, eller senare under förvaring i väntan på transport vidare upp i
Klarälven. Syftet med provtagningen av döda individer var att identifiera matchande genotyper
hos tidigare provtagna (då levande) fiskar, för att senare kunna utesluta dessa individer vid
kommande föräldraskapsanalyser av vildfödd avkomma till den lax som transporterades upp i
Klarälven (analys av elfiskade årsyngel är planerad till hösten 2012).
Genetiska och statistiska analyser
Samma uppsättning av genetiska markörer (nio s.k. mikrosatelliter) som i studien av Palm et al.
(2012) har analyserats. De statistiska metoder och program som använts är namngivna nedan i
samband med resultatpresentationen. Vid databearbetningen har tidigare insamlade genetiska
data för odlad och vild lax och öring i Klarälven (inkl. Gullspångsstammarna) i flera fall använts
som referensprov.
Resultat
Öringar och arthybrider
Av de 970 fiskar som DNA-analyserades (exklusive döda/återprovtagna) visade sig tre individer
vara öring, medan tre andra fiskar var arthybrider mellan lax och öring (inklusive den fisk som
redan vid provtagningen misstänktes vara en "laxing"). Samtliga tre öringar fångades och provtogs under säsongens första provtagningstillfälle (7 juli) och saknade därför uppgift om kön och
eventuell fenklippning.
Två av öringarna kunde, tack vare att tre av de nio analyserade mikrosatelliterna även används
rutinmässigt vid genetiska studier av öring, med relativt hög sannolikhet klassas som rena
Klarälvsöringar, medan den tredje fisken antingen var en odlad Gullspångsöring eller en stamhybrid mellan Gullspångs- och Klarälvsöring (ursprungsanalyser med programmen GENECLASS
2.0, Piry et al. 2004, samt ONCOR, Kalinowski et al. 2007).
Av de tre arthybriderna var två oklippta medan en var fettfeneklippt. Åtminstone två av
hybriderna (den fettfeneklippta och en oklippt) hade med hög sannolikhet en Gullspångsöring
som förälder (99 resp. 84% sannolikhet). Vad gäller lax var stamursprunget hos föräldern mer
oklart; för den fettfeneklippta hybriden var laxföräldern mest sannolikt av Gullspångsstam (71%
sannolikhet), medan den ena oklippta fisken mest sannolikt hade avlats av en K-lax (75%). I det
tredje fallet var laxförälderns ursprung oklart (51% G-lax, 49% K-lax).
Genetiska skillnader mellan olika grupper av laxar
I likhet med i tidigare analyser (Palm et al. 2012) gav en jämförelse av allelfrekvenserna hos
oklippta (n=737) och fenklippta (n=120) laxar endast en marginell om än statistisk signifikant
skillnad (genomsnittligt FST över samtliga 10 loci var 0.002; P<0.001; randomiseringstest med
-3-
FSTAT, Goudet 1995). Även en jämförelse mellan samtliga storvuxna (>5,5 kg) och mindre
individer visade på en mycket liten (FST <0.001) men statistiskt säkerställd genetisk skillnad.
Inslag av "gullspångsgener" hos förmodad Klarälvslax
För att analysera inslag av Gullspångslax – enskilda rena fiskar (t.ex. genom missad
bukfeneklippning) eller korsningar med K-lax (F1-hybrider) – bland de återstående 964
förmodade Klarälvslaxarna jämfördes dessa med tidigare erhållna data för Gullspångs- och
Klarälvslax (Palm et al. 2012). I ett första steg sammanställdes en s.k. genetisk "baseline"
(referensprov) bestående av data för odlad vuxen Gullspångslax insamlad i Forshaga 2009
(n=40) samt odlade och vildfödda Klarälvslaxar från 2007 och 2009 (n=133). Eftersom odlad
och vildfödd K-lax är genetiskt mycket lika slogs dessa samman till ett gemensamt stickprov.
Utöver dessa data för riktig lax framställdes även 40 datorsimulerade hybridavkommor (F1)
mellan Gullspångs- och Klarälvslax (programmet HYBRIDLAB, Nielsen et al. 2006).
Två skilda statistiska metoder användes för att skatta inslaget av lax med olika genetisk
bakgrund. Med den första metoden (programmet NEWHYBRIDS; Anderson & Thompson 2002)
beräknades, med hjälp av ovan nämnda bakgrundsdata för Gullspångs- och Klarälvslax (men ej
F1), sannolikheten att de 964 laxar som provtogs i Forshaga 2011 genetiskt sett var rena G-laxar,
stamhybrider (F1) eller K-laxar. Även med den andra metoden uppskattades andelen av samma
tre grupper med hjälp av s.k. Mixed Stock Analys (MSA) och programmet ONCOR baserat på
baseline-data för de rena stammarna samt de datorsimulerade stamhybriderna. Den senare
metoden ger även 95% konfidensintervall för de erhållna skattningarna.
Andelen ren Klarälvslax i totalmaterialet skattades till 97% (NEWHYBRIDS) respektive 98%
(ONCOR), medan övriga 2-3% av individerna utgjordes huvudsakligen av stamhybrider med
Gullspångslax (F1; Tabell 1). Ett högre inslag av främmande genotyper (hybrider och ren G-lax)
skattades för stora individer (>5,5 kg) med båda metoderna (4,3% respektive 4,1% bland stora
fiskar, jämfört med 2,6% resp. 1,4% bland mindre). En motsvarande skillnad erhölls även mellan
odlad/fenklippt och vildfödd/oklippt fisk, där inslaget av hybrider (och ren G-lax) skattades
högre bland den odlade fisken (4,7% resp. 8,8%) än bland den oklippta (2,7% resp. 1,3%).
Osäkerheten i MSA-skattningarna med ONCOR (breda konfidensintervall) återspeglar att de
använda "baseline-stickproven" är relativt små, att antalet studerade DNA-markörer är begränsat
samt att graden av genetisk skillnad mellan dagens (odlade) Gullspångslax och Klarälvslax inte
är tillräckligt omfattande (FST ca 0.10-0.13; Palm et al. 2012) för att med hög precision kunna
ursprungsbestämma samtliga individer (inkl. intermediära F1-genotyper). Det ska dock betonas
att konfidensintervallen illustrerar osäkerheten avseende skattningar för statistiska populationer
som studeras med hjälp av stickprov av begränsad storlek. I detta fall ligger dock intresset till
stor del på de analyserade stickproven i sig (d.v.s. den lax som fångats i Forshaga), vilket innebär
att konfidensintervallen i flera fall förmedlar en betydligt högre grad av osäkerhet än befogat.
-4-
Stamtillhörighet hos enskilda laxar
Med ONCOR och NEWHYBRIDS beräknas även sannolikheten att enskilda individer har en viss
stamtillhörighet (här G-lax, K-lax eller F1-hybrid) – s.k. individual assignment (IA). Enligt
ONCOR var nio fiskar (0,9%) med högst sannolikhet en F1-hybrid, medan övriga fiskar mest
sannolikt var rena K-laxar. Av de nio utpekade fiskarna hade dock endast fem en sannolikhet
högre än 85% att vara en F1-hybrid, medan övriga var mer osäkra (sannolikhet att vara F1-hybrid
mellan 48-62%).
NEWHYBRIDS pekade ut elva av individerna (1,1%) som avvikande från ren K-lax (nio st. F1–
hybrider och två st. G-laxar). Bland de elva fiskarna ingick sex av de laxar som enligt ONCOR var
F1-hybrider. Sammantaget identifierades totalt 14 individer (1,5%) som varande mest sannolikt
en F1–hybrid eller G-lax av något eller båda programmen.
Med ONCOR kan datorsimuleringar genomföras för att belysa hur stor andel av enskilda individer
med olika genetisk bakgrund som vid individual assignment förväntas få en korrekt respektive
felaktig stambestämning, samt i vilken riktning som eventuella felklassningar sker. Vid analysen
används samma baseline-stickprov som vid MSA och IA. Man måste vidare ange den sanna
proportionen av de olika stammarna i den individblandning som analyseras, då dessa andelar
påverkar resultatet.
En simuleringsanalys genomfördes under antagande att de sanna andelarna av fisk från de olika
stammarna var desamma som resultatet vid MSA av totalmaterialet (0.001 G-lax, 0.019 F1, 0.980
K-lax; Tabell 1). Sammanlagt simulerades 100 stickprov av samma storlek som totalmaterialet
(n=964), vilket resulterade i totalt 96 400 stambestämda individer. Av de simulerade K-laxarna
klassades 99,5% korrekt, medan övriga 0,5% klassades (felaktigt) som F1–hybrider. Bland de
simulerade sanna F1–hybriderna klassades däremot endast 38% korrekt, medan övriga felaktigt
klassades antingen som K-lax (52%) eller G-lax (10%).
En alternativ simuleringsanalys genomfördes också under antagande att sanna andelen K-lax i
materialet var 100%. I detta fall felklassades endast ca 0,1% av individerna felaktigt till F1–
hybrider. Om alla individer i totalmaterialet skulle vara rena K-laxar borde man således endast
ha förväntat sig någon enstaka F1–hybrid (felklassad K-lax) vid IA, mot nu erhållna nio sådana
fiskar. Sammantaget antyder simuleringsresultaten dels att det verkligen förekommer F1–
hybrider (eller G-lax) i det analyserade materialet från Forshaga-2011, samt att man vid IA med
ONCOR kan förvänta sig en underskattning av sanna andelen F1–hybrider, om/när sådana
förekommer i låg frekvens. Sammantaget framstår dock möjligheterna att på individnivå
bestämma stamtillhörighet som begränsade. För säkrare identifieringar skulle i första hand
sannolikt krävas analys av fler genmarkörer.
-5-
Diskussion
Bland den förmodade Klarävslaxen från Forshaga-2011 finns ett inslag (ca 2-3%) av korsningar
med Gullspångslax, samt möjligen även enstaka rena G-laxar. De exakta andelarna av genetiskt
avvikande fiskar är osäkra och varierande beroende på vilken statistisk skattningsmetod som
använts. Genomgående finns dock en tendens till ett större inslag av F1-hybrider (och G-lax) hos
större fiskar (>5,5 kg) än hos mindre, vilket är i linje med G-laxens snabbare tillväxt och större
storlek som vuxen (och smolt). Det finns även en tendens till högre andel "Gullspångsgener"
bland fettfeneklippta/odlade fiskar än hos oklippta/vildfödda, vilket gäller såväl större som
mindre laxar. Noterbart är vidare att inslaget av Gullspångsgener hos den analyserade laxen från
Forshaga-2011 är av samma storleksordning som det genomsnittliga genflöde per generation från
Gullspångs- till Klarälvslax (1-3%) som tidigare skattats baserat på annan genetisk information
av Palm et al. (2012).
Det tycks således finnas visst fog för den säkerhetsgräns för K-lax som länge tillämpats vid
Forshaga avelsfiske. Förekomsten av Gullspångsgener bland såväl vildfödd som odlad fisk även
under 5,5 kg indikerar samtidigt att denna gräns inte utgör en tillräcklig åtgärd för att undvika
fortsatt genetisk påverkan. För detta krävs sannolikt att den kompensationsodlade stammen av
Gullspångslax (och -öring) flyttas från Klarälven till annat vattendrag. Den högre andelen
Gullspångsgener bland fenklippt lax utgör ytterligare ett skäl till att undvika transport upp i
Klarälven av odlad fisk. Andra anledningar som tidigare anförts till att avstå från odlad fisk för
upptransport är att denna är uppvuxen under förhållanden som kraftigt skiljer sig från de
naturliga och dessutom härstammar från ett lägre antal föräldrafiskar (Palm et al. 2012).
Uppflyttad odlad Klarälvslax tycks också uppvisa ett avvikande lekvandringsbeteende jämfört
med vild K-lax (Anna Hagelin, Karlstads universitet, pers. komm.), och det kan ifrågasättas i
vilken grad odlad fisk bidrar till reproduktionen i älven.
Att tillåta upptransport av större vildfödda Klarälvslaxar (>5,5 kg) skulle, av allt att döma,
innebära ett något större tillskott av Gullspångsgener till det vilda lekbeståndet än vid transport
av enbart mindre fisk. Samtidigt skulle dessa stora fiskar sannolikt ge en tämligen kraftigt ökad
naturlig laxproduktion i Klarälven. I sammanhanget bör också nämnas att någon total genetisk
isolering av Klarälvens laxbestånd inte framstår som önskvärd. Under naturliga och opåverkade
förhållanden förekommer ett begränsat genutbyte mellan lokala laxstammar tack vare
"felvandring", vilket långsiktigt motverkar inavel och förlust av genetisk variation. Hur stort
detta naturliga genflöde till Klarälvens laxbestånd en gång varit, och vilka andra laxstammar i
Vänern genflödet härstammade från, är emellertid oklart.
-6-
Tabell 1. Resultat vid ursprungsbestämning av 964 förmodade (vildfödda och odlade) Klarälvslaxar fångade i Forshaga avelsfiske
2011 (G-lax = odlad Gullspångslax, K-lax = odlad/vildfödd Klarälvslax, F1-hybrid = korsning i första generationen mellan
Gullspångs- och Klarälvslax). Två olika statistiska metoder har använts (programmen NEWHYBRIDS samt ONCOR). De sistnämnda
skattningarna ges med 95% konfidensintervall. Notera att uppgift om fenklippning saknas för en andel av fisken i totalmaterialet.
Stor fisk (> 5,5 kg)
Mindre fisk (≤ 5,5 kg)
Fenklippt fisk
Oklippt fisk
All fisk
NewHybrids
F1-hybrid K-lax
G-lax
MSA/Oncor (95% CI)
F1-hybrid
K-lax
0.934
0.965
0.921
0.957
0.959
0.975
0.976
0.973
0.038 (0.000 -- 0.124)
0.000 (0.000 -- 0.023)
0.000 (0.000 -- 0.166)
0.008 (0.000 -- 0.032)
0.000 (0.000 -- 0.036)
0.000 (0.000 -- 0.007)
0.000 (0.000 -- 0.001)
0.000 (0.000 -- 0.006)
0.107 (0.000 -- 0.351)
0.027 (0.000 -- 0.115)
0.083 (0.000 -- 0.360)
0.033 (0.000 -- 0.137)
0.074 (0.000 -- 0.212)
0.008 (0.000 -- 0.065)
0.000 (0.000 -- 0.113)
0.014 (0.000 -- 0.075)
0.855 (0.615 -- 1.000)
0.973 (0.883 -- 1.000)
0.917 (0.633 -- 1.000)
0.958 (0.857 -- 0.990)
0.926 (0.786 -- 1.000)
0.992 (0.935 -- 1.000)
1.000 (0.887 -- 1.000)
0.986 (0.925 -- 0.997)
0.038
0.024
0.954
0.973
0.010 (0.000 -- 0.043)
0.000 (0.000 -- 0.008)
0.078 (0.000 -- 0.216)
0.013 (0.000 -- 0.066)
0.913 (0.776 -- 0.991)
0.987 (0.933 -- 0.997)
0.027
0.970
0.001 (0.000 -- 0.009)
0.019 (0.005 -- 0.081)
0.980 (0.918 -- 0.992)
n
G-lax
Fenklippt
Oklippt/vildfödd
Uppgift saknas
All stor fisk
Fenklippt
Oklippt/vildfödd
Uppgift saknas
All mindre fisk
26
153
18
197
94
584
88
766
0.011
0.005
0.007
0.006
0.008
0.002
0.000
0.002
0.055
0.030
0.072
0.037
0.033
0.023
0.023
0.024
All fenklippt fisk
All oklippt fisk
120
737
0.009
0.003
964
0.003
-7-
Erkännanden
Johan Dannewitz (SLU-Aqua) har läst och kommenterat en tidigare version av denna rapport.
Tack till Richard Gow och Anna Hagelin (Lst Värmland och Karlstads universitet) för
provtagning av lax i Forshaga, samt till Marco Blixt (Fortum AB) som bidragit med
fångststatistik. Studien har finansierats av det svensk-norska Interreg-projektet "Vänerlaxens fria
gång".
Referenser
Anderson EC, Thompson EA (2002) A model-based method for identifying species hybrids
using multilocus genetic data. Genetics 160:1217–1229.
Goudet J (1995) FSTAT (vers. 1.2): a computer program to calculate F-statistics. Journal of
Heredity 86:485–486.
Kalinowski, ST, Manlove KR, Taper M (2007) ONCOR: a computer program for genetic stock
identification. Montana State University.
Nielsen EE, Bach LA, Kotlicki P (2006) HYBRIDLAB (version 1.0): a program for generating
simulated hybrids from population samples. Molecular Ecology Notes 6:971–973.
Palm S, Dannewitz J, Johansson D, Laursen F, Norrgård J, Prestegaard T, Sandström A (2012)
Populationsgenetisk kartläggning av Vänerlax. Aqua reports 2012:4. Sveriges lantbruksuniversitet, Drottningholm. 64s.
Piry S, Alapetite A, Cornuet JM, Paetkau D, Baudouin L, Estoup A (2004) GENECLASS2: A
Software for genetic assignment and first-generation migrant detection. Journal of
Heredity 95:536–539.
-8-
