Advanced

Genetic Variation in Mhc Class II B in Atlantic Salmon: Evolutionary and Ecological Perspectives

Langefors, Åsa LU (1999)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Vi blir alla förkylda, får influensa eller magsjuka någon gång då och då. Smittsamma sjukdomar orsakas av patogener, d.v.s. virus, bakterier eller andra typer av parasiter. De flesta patogener som vi kommer i kontakt med tas om hand av vårt effektiva immunförsvar och vi märker i bästa fall inte av smittan. Huruvida vi blir sjuka eller inte när vi utsätts för smitta, beror delvis på våra Mhc gener. Dessa gener kodar för molekyler som sitter på ytan av våra celler och fångar upp peptider (små protein fragment) som de sedan presenterar för de, för immunförsvaret, oerhört betydelsefulla T-cellerna. Om peptiden har producerats av kroppen själv händer normalt ingenting. Om peptiden däremot kommer från... (More)
Popular Abstract in Swedish

Vi blir alla förkylda, får influensa eller magsjuka någon gång då och då. Smittsamma sjukdomar orsakas av patogener, d.v.s. virus, bakterier eller andra typer av parasiter. De flesta patogener som vi kommer i kontakt med tas om hand av vårt effektiva immunförsvar och vi märker i bästa fall inte av smittan. Huruvida vi blir sjuka eller inte när vi utsätts för smitta, beror delvis på våra Mhc gener. Dessa gener kodar för molekyler som sitter på ytan av våra celler och fångar upp peptider (små protein fragment) som de sedan presenterar för de, för immunförsvaret, oerhört betydelsefulla T-cellerna. Om peptiden har producerats av kroppen själv händer normalt ingenting. Om peptiden däremot kommer från en främmande organism, t ex ett virus eller en bakterie, skickar T-cellerna larm till andra delar av immunförsvaret som sätter igång en reaktion. Men "även den bäste" kan göra fel - så också T-cellerna. Det händer att T-cellerna slår larm även vid kontakt med en kroppsegen peptid och vi drabbas då av en sk autoimmun reaktion. Detta är orsaken till sjukdomar som t ex ledgångsreumatism, SLE, diabetes. Det händer också att T-cellerna låter bli att slå larm trots att peptiden som presenterats kommer från ett virus, en bakterie eller en annan parasit. Då bryter förkylningen, halsflussen eller malarian ut och vi blir sjuka. Varje enskild Mhc molekyl kan bara fånga upp ett begränsat antal olika peptider, och varje individ har ett begränsat antal olika Mhc molekyler, som kodas av ett begränsat antal olika Mhc gener. Rent genetiskt är dessa gener unika eftersom de är oerhört variabla. De är uppdelade i två klasser, Mhc klass I och Mhc klass II, vilka har olika funktion. Inom varje klass finns hos de flesta ryggradsdjur (den enda djurgrupp där man funnit Mhc gener) flera olika gener. Inom en enda population kan man hitta upp till 30 olika varianter på en enda av dessa gener (men varje individ kan bara ha två varianter av varje gen, en ärvd från mamman och en ärvd från pappan). Mhc generna är mest välstuderade hos människa, labmöss, labråttor och domesticerade höns. Men man vet ännu inte särskilt mycket om hur mycket Mhc variation det finns i naturliga populationer, ute i naturen och hur stor betydelse Mhc generna har för en individs fitness (reproduktionsframgång och överlevnad) i naturen. Jag har studerat Mhc generna hos lax (Salmo salar), främst Östersjölax. Det finns en hög grad av genetisk variation i den Mhc klass II gen som jag har jobbat med hos lax. De flesta laxar i Östersjön är födda inne på odlingar och man kan tänka sig att odlingsförfarandet skulle kunna påverka den genetiska variationen. Jag har därför jämfört graden av Mhc variation i fyra olika odlingar (Luleälven, Umeälven, Dalälven och Mörrumsån) med den i en naturlig population i Kalixälven. Den odling som använder det lägsta antalet avelsindivider årligen, Umeälven, hade den lägsta graden av Mhc variation, medan Luleälven som använder flest avelsindivider per år hade den högsta graden av variation. Den naturliga laxpopulationen i Kalixälven hade en variation som låg mitt emellan den i Umeälven och den i Luleälven. Jag har också undersökt om Mhc generna och variationen i dessa har någon betydelse för de enskilda laxarna, främst i relation till sjukdomar. De två sjukdomar som jag har studerat är M74, ett syndrom som orsakat upp emot 95% dödlighet bland laxyngel i odlingar längs Östersjön, och furunkulos, en bakteriesjukdom som är vanlig hos lax. Den sistnämnda studien är utförd på norska laxar. En teori om Mhc variation säger att heterozygota individer, dvs individer som har två olika alleler (varianter) på varje gen, har bättre immunförsvar än homozygota individer. Man skulle därför förvänta sig att heterozygota laxar skulle klara sig bättre mot furunkulos och M74 än homozygota laxar. Så tycks inte vara fallet. Däremot fann jag att vissa alleler verkar ge ökad resistens mot M74 respektive furunkulos. Jag har alltså inte funnit något stöd för teorin om "heterozygot fördel" hos Mhc gener. Den alternativa hypoteses, förutsäger att ovanliga alleler är fördelaktiga att ha, sk "frekvens-beroende selektion", eftersom inga patogener har anpassat sig till dem och därmed kan undvika att upptäckas. Mina resultat stöder den senare hypotesen. Sammanfattningsvis har jag funnit att det finns en hög grad av Mhc klass II variation hos Atlantlax, både på odlingar i naturen. Mhc generna har betydelse för den enskilda individen, eftersom individer med vissa Mhc klass II alleler har större överlevnadschanser när de smittas av till exempel furunkulos. (Less)
Abstract
The Major Histocompatibility Complex (Mhc) genes are crucial for the recognition of self and non-self peptides by the immune defence system. They are extremely variable in most studied vertebrate species. I have studied the extent and the importance of Mhc variation in Atlantic salmon (Salmo salar), mainly from the Baltic Sea. Levels of Mhc heterozygosity in hatchery populations of salmon were between 0.5 and 0.8, the lowest values in a hatchery where a lower annual number of breeders were used. In a wild, naturally spawning population, heterozygosity was 0.7, which is in between the levels observed in the hatcheries. The origin and maintenance of the high level of Mhc variation is a contentious issue. My results show that there is only... (More)
The Major Histocompatibility Complex (Mhc) genes are crucial for the recognition of self and non-self peptides by the immune defence system. They are extremely variable in most studied vertebrate species. I have studied the extent and the importance of Mhc variation in Atlantic salmon (Salmo salar), mainly from the Baltic Sea. Levels of Mhc heterozygosity in hatchery populations of salmon were between 0.5 and 0.8, the lowest values in a hatchery where a lower annual number of breeders were used. In a wild, naturally spawning population, heterozygosity was 0.7, which is in between the levels observed in the hatcheries. The origin and maintenance of the high level of Mhc variation is a contentious issue. My results show that there is only one single Mhc class II B gene in Atlantic salmon, and indicate that point mutations are not the sole origin of variation in this single gene. New alleles appear to result from recombination. Mhc variation is assumed to be maintained by some kind of balancing selection, which is supported by my results. Balancing selection may be in terms of over-dominance selection (heterozygote advantage) or frequency dependent selection. I have not found any support for over-dominance selection. I found that certain Mhc alleles were associated with furunculosis, a bacterial infection as well as the syndrome M74, which has caused high mortality in Baltic Sea salmon. There was however, no association between heterozygosity and either furunculosis or M74. These results, together with the lack of an excess of heterozygous individuals in the natural population, support that frequency dependent selection rather than over-dominant selection, is the main mechanism for maintaining Mhc variation. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Dr Edwards, Scott V., Seattle, Washington
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
recombination, genetic variation, Mhc class II B, Atlantic salmon, evolution, population genetics, Animal ecology, Djurekologi
pages
181 pages
publisher
Department of Animal Ecology, Lund University
defense location
Ecology Building
defense date
1999-09-10 10:15
external identifiers
  • Other:ISRN: LUNBDS/NBZE-99/1079
ISBN
91-7105-115-5
language
English
LU publication?
yes
id
bf25b04d-3b22-41a7-a448-b5e05f0199a0 (old id 39820)
date added to LUP
2007-07-31 12:12:16
date last changed
2016-09-19 08:45:10
@phdthesis{bf25b04d-3b22-41a7-a448-b5e05f0199a0,
  abstract     = {The Major Histocompatibility Complex (Mhc) genes are crucial for the recognition of self and non-self peptides by the immune defence system. They are extremely variable in most studied vertebrate species. I have studied the extent and the importance of Mhc variation in Atlantic salmon (Salmo salar), mainly from the Baltic Sea. Levels of Mhc heterozygosity in hatchery populations of salmon were between 0.5 and 0.8, the lowest values in a hatchery where a lower annual number of breeders were used. In a wild, naturally spawning population, heterozygosity was 0.7, which is in between the levels observed in the hatcheries. The origin and maintenance of the high level of Mhc variation is a contentious issue. My results show that there is only one single Mhc class II B gene in Atlantic salmon, and indicate that point mutations are not the sole origin of variation in this single gene. New alleles appear to result from recombination. Mhc variation is assumed to be maintained by some kind of balancing selection, which is supported by my results. Balancing selection may be in terms of over-dominance selection (heterozygote advantage) or frequency dependent selection. I have not found any support for over-dominance selection. I found that certain Mhc alleles were associated with furunculosis, a bacterial infection as well as the syndrome M74, which has caused high mortality in Baltic Sea salmon. There was however, no association between heterozygosity and either furunculosis or M74. These results, together with the lack of an excess of heterozygous individuals in the natural population, support that frequency dependent selection rather than over-dominant selection, is the main mechanism for maintaining Mhc variation.},
  author       = {Langefors, Åsa},
  isbn         = {91-7105-115-5},
  keyword      = {recombination,genetic variation,Mhc class II B,Atlantic salmon,evolution,population genetics,Animal ecology,Djurekologi},
  language     = {eng},
  pages        = {181},
  publisher    = {Department of Animal Ecology, Lund University},
  school       = {Lund University},
  title        = {Genetic Variation in Mhc Class II B in Atlantic Salmon: Evolutionary and Ecological Perspectives},
  year         = {1999},
}