Projekt

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The variance components of fitness-relevant traits: combining laboratory experiments with large-scale field studies on salmonids

Gesuchsteller/in Wedekind Claus
Nummer 159579
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Département d'Ecologie et d'Evolution Faculté de Biologie et de Médecine Université de Lausanne
Hochschule Universität Lausanne - LA
Hauptdisziplin Oekologie
Beginn/Ende 01.06.2015 - 30.09.2018
Bewilligter Betrag 600'000.00
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Alle Disziplinen (2)

Disziplin
Oekologie
Zoologie

Keywords (10)

evolution; genetics; salmonids; fish; variance components; experimental breeding; genetic quality; sexual selection; ecology; supportive breeding

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Eine für den Artenschutz nützliche Definition der „genetische Qualität“ eines Wildtieres ist „seine genetisch bedingte Fähigkeit, unter den derzeitigen Bedingungen gut zu überleben und viele lebensfähige Nachkommen zu produzieren“. Unser Projekt zielt darauf, die Variation der genetische Qualität innerhalb natürlicher Fischpopulationen besser verstehen lernen.
Lay summary

Die Variation Fitness-relevanter Eigenschaften von Bachforellen und Aeschen unter Labor- und Freilandbedingungen

Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts

Wir kombinieren kontrollierte Laborexperimente und grossräumige Freilandversuche, basierend auf einem bereits laufenden Besatzprogramm mit Nachzuchten aus natürlichen Populationen. Alle Bachforellen und ein Grossteil der Aeschen, die im Raum Thun – Bern in die Aare und seine Zuflüsse besetzt werden sollen, werden unter experimentellen Bedingungen so produziert, dass aus Rückfängen die mittlere Lebensfähigkeit der Nachkommen jedes Elterntieres anhand verschiedener Masse bestimmt werden kann. Parallel dazu durchgeführte Experimente an Embryonen und Jungfischen sollen zeigen, wie stark die Resistenz gegenüber Krankheitserregern und chemischer Verschmutzung (z.B. über Abwässer eingebrachte Hormone und Schmerzmittel) mit dieser generellen Lebensfähigkeit unter natürlichen Bedingungen korreliert, ob und wie schnell genetische Anpassung an veränderte Umweltveränderungen möglich ist, und was diesbezüglich die Bedeutung verschiedener Verpaarungssysteme und des unterstützenden Besatzes sein könnte.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Evolution basiert auf genetischer Variation und Selektion. Unsere breit angelegten Studien werden zu einem besseren Verständnis der genetischen Variation innerhalb natürlicher Fischpopulationen führen. Dieses Wissen ist nicht nur von grundsätzlicher Bedeutung für die Evolutionsbiologie sondern auch nötig, um die langfristigen Konsequenzen verschiedener Managementoptionen besser abschätzen zu können.

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 06.04.2015

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
Demographic and genetic consequences of disturbed sex determination
Wedekind Claus (2017), Demographic and genetic consequences of disturbed sex determination, in Philosophical Transactions of the Royal Society B, 372, 20160326.
Environmental stress linked to consumption of maternally derived carotenoids in brown trout embryos (Salmo trutta)
Wilkins L.G.E., Marques da Cunha L., Glauser G., Vallat A., Wedekind C. (2017), Environmental stress linked to consumption of maternally derived carotenoids in brown trout embryos (Salmo trutta), in Ecology and Evolution, 7, 5082-5093.
Maternal allocation of carotenoids increases tolerance to bacterial infection in brown trout
Wilkins Laetitia G. E., Marques da Cunha Lucas, Menin Laure, Ortiz Daniel, Vocat-Mottier Véronique, Hobil Matay, Nusbaumer David, Wedekind Claus (2017), Maternal allocation of carotenoids increases tolerance to bacterial infection in brown trout, in Oecologia.
Pros and cons of fluorescent pigment mass marking with different colours: A 5-year long study on grayling (Thymallus thymallus L.)
von Siebenthal B. A., Pompini M., Müller R., Wedekind C. (2017), Pros and cons of fluorescent pigment mass marking with different colours: A 5-year long study on grayling (Thymallus thymallus L.), in Fisheries Management and Ecology, 24(2), 173-175.
Sex Differentiation In Grayling (Salmonidae) Goes Through An All-Male Stage And Is Delayed In Genetic Males Who Instead Grow Faster
Maitre Diane, Selmoni Oliver M., Uppal Anshu, Marques da Cunha Lucas, Wilkins Laetitia G. E., Roux Julien, Mobley Kenyon B., Knörr Susanne, Robinson-Rechavi Marc, Wedekind Claus (2017), Sex Differentiation In Grayling (Salmonidae) Goes Through An All-Male Stage And Is Delayed In Genetic Males Who Instead Grow Faster, in bioRxiv, 135194.
Sex-Specific Changes In Gene Expression And Delayed Sex Differentiation In Response To Estrogen Pollution In Grayling (Salmonidae)
Selmoni Oliver M., Maitre Diane, Roux Julien, Wilkins Laetitia G. E., Marques da Cunha Lucas, Vermeirssen Etienne, Knörr Susanne, Robinson-Rechavi Marc, Wedekind Claus (2017), Sex-Specific Changes In Gene Expression And Delayed Sex Differentiation In Response To Estrogen Pollution In Grayling (Salmonidae), in bioRxiv, 135210.
Effects of host genetics and environment on egg-associated microbiotas in brown trout (Salmo trutta).
Wilkins Laetitia G. E., Fumagalli Luca, Wedekind Claus (2016), Effects of host genetics and environment on egg-associated microbiotas in brown trout (Salmo trutta)., in journal-article, 25(19), 4930-4945.
Genetic correlations and little genetic variance for reaction norms may limit potential for adaptation to pollution by ionic and nanoparticulate silver in a whitefish (Salmonidae)
Clark E.S., Pompini M., Uppal A., Wedekind C. (2016), Genetic correlations and little genetic variance for reaction norms may limit potential for adaptation to pollution by ionic and nanoparticulate silver in a whitefish (Salmonidae), in Ecology and Evolution, 6(9), 2751-2762.
Declining diversity of egg-associated bacteria during development of naturally spawned whitefish embryos (Coregonus spp.)
Wilkins L.G.E., Rogivue A., Fumagalli L., Wedekind C. (2015), Declining diversity of egg-associated bacteria during development of naturally spawned whitefish embryos (Coregonus spp.), in Aquatic Sciences, 77(3), 481-497.
Embryonic gene expression of Coregonus palaea (whitefish) under pathogen stress as analyzed by high-throughput RNA-sequencing.
Wilkins Laetitia G. E., Clark Emily S., Farinelli L., Wedekind Claus, Fumagalli Luca (2015), Embryonic gene expression of Coregonus palaea (whitefish) under pathogen stress as analyzed by high-throughput RNA-sequencing., in journal-article, 47(1), 130-140.
Increased diversity of egg-associated bacteria on brown trout (Salmo trutta) at elevated temperatures.
Wilkins Laetitia G. E., Rogivue Aude, Schütz Frédérik, Fumagalli Luca, Wedekind Claus (2015), Increased diversity of egg-associated bacteria on brown trout (Salmo trutta) at elevated temperatures., in journal-article, 5, 17084.

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Swiss Federal Office for the Environment Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Fishery inspectorate of Bern canton Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
- Austausch von Mitarbeitern
- Industrie/Wirtschaft/weitere anwendungs-orientierte Zusammenarbeit
Fishery inspectorate of Aargau canton Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Forschungsinfrastrukturen
- Industrie/Wirtschaft/weitere anwendungs-orientierte Zusammenarbeit
Fishery inspectorate of Grison canton Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Forschungsinfrastrukturen
- Industrie/Wirtschaft/weitere anwendungs-orientierte Zusammenarbeit

Wissenschaftliche Veranstaltungen

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
CUSO Workshop on "Significance of sexual selection for population fitness" Vortrag im Rahmen einer Tagung Effect of sperm cryopreservation on offspring performance in brown trout: potential for biased sexual selection 31.08.2017 Fafleralp, Schweiz Nusbaumer David;
CUSO Workshop on "Significance of sexual selection for population fitness" Vortrag im Rahmen einer Tagung Good genes signaling versus microecology in brown trout 30.08.2017 Fafleralp, Schweiz Garaud Laura;
CUSO Workshop on "Significance of sexual selection for population fitness" Vortrag im Rahmen einer Tagung Signals, levels of selection, and fitness correlates in sexual selection 28.08.2017 Fafleralp, Schweiz Wedekind Claus;
Ecology and Evolutionary Biology Symposium; Ecology and Evolutionary Biology Society of Turkey Vortrag im Rahmen einer Tagung Evolutionary conservation biology - the example of salmonids in Switzerland 12.07.2017 Istanbul, Türkei Wedekind Claus;
Departmental Seminar; University of Basel Einzelvortrag Evolutionary conservation biology - the example of salmonids in Switzerland 13.03.2017 Basel, Schweiz Wedekind Claus;
WIKO meeting on "Adult sex ratios and reproductive decisions: sex differences in human and nonhuman societies?" Vortrag im Rahmen einer Tagung Demographic and genetic consequences of disturbed sex determination 02.02.2017 Berlin, Deutschland Wedekind Claus;
Summer School on Genetic Adaptation Vortrag im Rahmen einer Tagung Evolutionary conservation biology - the example of salmonids in Switzerland 15.03.2016 Greifswald, Deutschland Wedekind Claus;


Selber organisiert

Titel Datum Ort

Veranstaltungen zum Wissenstransfer

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
Hauptversammlung des Fischervereins Gürbetal Vortrag 03.03.2017 Wattenwyl, BE, Schweiz
Hauptversammlung des Fischervereins Saane-Sense Vortrag 03.03.2017 Laupen, Schweiz
Delegiertenversammlung der Pachtvereinigungen des Kantons Bern Vortrag 14.02.2017 Bern, Schweiz
Hauptversammlung des Fischervereins Gürbetal Vortrag 27.01.2017 Münsingen BE, Schweiz
Hauptversammlung des Fischervereins Gürbetal Vortrag 04.03.2016 Belp BE, Schweiz
Hauptversammlung des Fischervereins Saane/Sense Vortrag 04.03.2016 Laupen, BE, Schweiz
Delegiertenversammlung der Pachtvereinigungen des Kantons Bern Vortrag 16.02.2016 Bern, Schweiz
Nachfolgeprojekt zu Gewässerzustand Aaretal - “GZA II” Vortrag 26.08.2015 Münsingen, Schweiz


Kommunikation mit der Öffentlichkeit

Kommunikation Titel Medien Ort Jahr
Medienarbeit: Radio, Fernsehen Der Mensch von morgen Arte International 2017
Medienarbeit: Printmedien, Online-Medien Forschungsprojekt "Flussforelle des Aaretals" http://wp.unil.ch/flussforelle/ Deutschschweiz 2016
Medienarbeit: Printmedien, Online-Medien Gewässerzustand Aaretal - die Bachforelle im Fokus Aqua Viva - die Zeitschrift für Gewässerschutz Deutschschweiz 2016
Print (Buch, Brochuren, Infoblätter) Untersuchungsprojekt Bedeutung von Besatz und Migration Deutschschweiz 2016
Medienarbeit: Printmedien, Online-Medien Anthropogene Einflüsse auf Bachforelle und Äsche und Bedeutung von Besatz und Migration Deutschschweiz 2015
Medienarbeit: Printmedien, Online-Medien Influences anthropiques et importance du repeublement et de la migration sur la truite de rivière et FCBP Info - Fédération Cantonale Bernoise de la Pêche Westschweiz 2015
Medienarbeit: Printmedien, Online-Medien Repeuplement piscicole: complexe et émotionnel - Fischbesatz: Komplex und emotional Hotspot (Forum Biodiversité Suisse) Deutschschweiz Westschweiz 2015

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
68847 'Good genes' effects in sexual selection and their influence on the long-term survival of vertebrate populations 01.03.2004 SNF-Förderungsprofessuren
125396 Environmental sex reversal: conditions, prevalence, and population consequences in several model fish species 01.04.2009 Projektförderung (Abt. I-III)

Abstract

Natural populations of fish often display significant variation not only in parental strategies but also in potential indicators of ‘genetic quality’ (i.e. high breeding value for total fitness), as concluded from correlations between the expression of male sexual ornaments and the viability of their offspring. Such genetic correlations have been found in several fishes, including some with non-resource based mating systems. Variation in genetic quality is likely to play an important role in evolution, but the current understanding of within-population variation of fitness-related traits is still insufficient. We will work on this problem with natural populations of brown trout (Salmo trutta) and grayling (Thymallus thymallus). These fish are excellent models because individuals produce large number of gametes, fertilization is external, and there is no parental care. Therefore, differential investment as typically found in internal fertilizers cannot confound estimates of genetic effects. Nested half-sib breeding designs based on in vitro fertilizations and a high level of replication enable us to estimate the variance components (i.e. the additive and non-additive genetic variance and the maternal environmental effects) for various traits that can be studied in much detail in the laboratory, including growth and survival after exposure to pathogens or pollutants. We plan to closely link such laboratory experiments with large-scale field studies to better understand the variance components of fitness-related traits in natural environ¬ments and at different life-history stages. Because migration can be important in our study species, our field study will involve a large number of streamlets and streams within a well-defined stream network. We have recently finished a 4-year long research collaboration with the Fishery Inspectorate of the Bern canton (Switzerland) on the demography and population genetics of brown trout and grayling within this study area. The Bern canton has now offered us full access to their ongoing supplementary breeding program for brown trout and grayling, i.e. they have granted us the control over the production of all fish that will be released into the streamlets and streams of the study area. With a few measures, we will turn their routine into a large-scale experiment: all fish that are to be released into the wild will be produced experimentally in a block-wise full-factorial breeding design to produce half-sib groups of known strengths. Genotyping of all parents and of samples of offspring caught from the wild at different times and locations will be used to reconstruct the half-sib families. The performance of these brown trout and grayling in the wild shall be compared (i) to different types of parallel and laboratory-based stress tests on samples of each half-sib group, and (ii) to characteristics of their parents, including sexual ornaments, growth rate, life-history strategy, and mutational load as determined via gynogenesis on egg samples. The resulting variance components of important fitness traits such as growth, survival, timing of life-history events (including migration and maturation), or resistance to pathogens and pollutants, and the improved estimates of genetic correlations (e.g. to sexual ornaments) as determined under laboratory and field conditions, will help us to better understand processes that are central for evolutionary biology and conservation, including, for example, adaptation to anthropogenic changes, or the significance of mate choice and of different reproductive systems for the mean viability within natural populations.
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