Beslutet att blomma avgör växtens fortlevnad

Tidpunkten för blomningen är avgörande för växtens fortplantning. Ökad kunskap om hur processen startar kan bidra till utvecklingen av plantor, som klarar framtida klimatförändringar.

Projekt 2016

Epigenetic and Metabolic Control of Flowering Time

Huvudsökande:
Markus Schmid, professor

Medsökande:
Umeå universitet
Johannes Hanson

Sveriges lantbruksuniversitet
Ove Nilsson
Karin Ljung

Lärosäte:
Umeå universitet

Beviljat anslag:
28,7 miljoner kronor under fem år


Markus Schmid tittar in i en av de många växtkamrarna i källarvåningen till Umeå Plant Science Center, UPSC, där han är gästprofessor. I ärlighetens namn beror besöket på att han ska fotograferas i en bildmässig miljö, men Markus Schmid tar tillfället i akt att granska en odling av backtrav, som ser ut att vara ungefär fyra veckor gammal.

– Plantorna har redan fått knoppar och kommer att blomma om ytterligare någon vecka, förklarar han.

Efter blomningen kommer alla frön att samlas och torkas för att användas i en ny sådd.

– Blommorna är små, det är ett riktigt pillergöra att plocka fröna. Jag gör det inte längre själv, men brukade göra det förr, berättar Markus Schmid.

Fröna sås i små byttor som placeras i växthus med kontrollerad tillförsel av ljus, värme och näring. Redan under de första veckorna kommer blad som formar små rosetter.

– Vid en viss tidpunkt bestämmer sig plantan för att bilda en stam med en blomma. När plantan fattat det beslutet går det inte att backa. Då blir det inte några fler blad, nu är det blomning som gäller.

Forskar om blomningsbeslutet

Markus Schmid och hans forskarkollegor har beviljats projektanslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse för att studera exakt vad det är som får växter att fatta beslutet om blomning. Det är en viktig period i plantans livscykel. Växtens förmåga att sprida sig och bidra till artens överlevnad säkras när blomningen inträffar vid rätt tidpunkt.

Om blomningen startar för tidigt kan det leda till sämre skörd av både biomassa och frukt. En försenad blomning orsakar framförallt en lägre produktion av frön – dessutom av sämre kvalitet.
Blomningen kontrolleras av ett komplicerat kretslopp, som samordnar signaler både på cellnivå och från den omgivande miljön.

Ett flertal gener som påverkar blomningstiden har identifierats under de senaste decennierna. Generna styrs av olika yttre signaler, som dagslängd och temperatur. Plantans ämnesomsättning och hormonella tillstånd har också stor betydelse.

Tidigare trodde man att det fanns genetiskt definierade vägar som reglerade blomningen till svar på en specifik inmatning. På senare år har det blivit alltmer uppenbart att blomningstiden inte är resultatet av någon enkel och lagbunden modell. Den sätter igång till följd av åtskilliga och ofta motstridiga signaler, som ger plantan en viss flexibilitet i valet av blomningstid.

– Vi förstår bara delvis hur växterna tolkar all information för att i slutändan bestämma om de ska blomma eller inte, säger Markus Schmid.

Beslutet äger rum i speciella vävnader och celler, särskilt i bladets ledningsvävnad och i det växande skottet – det så kallade apikala skottmeristemet.

– Det finns miljoner av celler men bara en bråkdel av dem svarar på signaler som reglerar blomningstiden. Det vi inte förstår är hur olika biologiska samband är integrerade och hur olika funktioner slås av och på. Vad händer i växtligheten, till exempel här i Umeå, i början av juni? Dagarna är långa, men just i år har försommaren varit ganska kall. Hur kan växterna tolka så motstridiga signaler?

Studerar komplexa nätverk

De celler som undersöks är så små att de hittills inte har kunnat analyseras på ett tillförlitligt sätt. Tack vare ny teknologi har det blivit möjligt att undersöka komplexa nätverk i enskilda vävnader, till och med på celltypsnivå. 

– Vi har utvecklat tekniken under de senaste åren och kan använda den speciellt för att upptäcka känsligheten för förändringar i temperaturen. Vi kommer att isolera celler och cellkärnor för att undersöka bland annat genuttryck och nivåerna av proteiner och nedbrytningsprodukter som är viktiga för blomningsbeslutet, berättar Markus Schmid.

Studierna genomförs på backtrav, som är ett ettårigt ogräs, och en hybrid av asp, som är ett förhållandevis snabbväxande lövträd. 

– De representerar två växtarter med fundamentalt olika livsstrategier. Våra resultat kommer därför att visa vilka aspekter av blomningen som är specifika för annuella respektive perenna växter, säger Markus Schmid.

Forskargruppen hoppas kunna identifiera nya och hittills okända blomningstidsgener samt nya nätverk för hela processen. Nya insikter kan möjliggöra bättre förutsägelser om olika växters reaktioner på den globala uppvärmningen.

Det ligger nära till hands att föreställa sig att ett varmare klimat kan vara gynnsamt för växtligheten. Men det kan också medföra en ökad stress för plantorna och därmed minskad fröproduktion.

– Vi vill veta hur plantan anpassar sig till olika miljöer. Om vi har den kunskapen kan vi föröka plantor som klarar framtida klimatförändringar.

Text Carin Mannberg-Zackari
Foto Magnus Bergström