Söker ympningens mekanismer för bättre vinskördar och skogsbruk

Ympning är en välkänd teknik inom trädgårdsodling och praktiserades redan i antiken. Men det räcker inte med gröna fingrar för ett lyckat resultat. Som Wallenberg Academy Fellow ska Charles Melnyk för första gången ta reda på de biologiska mekanismerna bakom framgångsrik ympning – kunskap som inom några år kan ge allt från bättre vinskördar till motståndskraftigare barrskogar.

Charles Melnyk

Doktor i växtbiologi

Wallenberg Academy Fellow 2016

Lärosäte:
Sveriges lantbruksuniversitet

Forskningsområde:
Växters påverkan av abiotisk och biotisk stress, särskilt de biologiska mekanismerna bakom ympning och parasitiska växter. Bättre kunskaper om processen kan effektivisera ympning och även användas för att bekämpa parasiterande växter.

Redan som barn hemma i Ottawa var Charles Melnyk fascinerad av trädgårdsodling och utforskade naturens vilda växter och djur. Nu är han forskare vid SLU, Sveriges lantbruksuniversitet, och har flyttat in i Biocentrum på Ultuna. Bakom sig har han några resultatrika år vid universitetet i engelska Cambridge där hans banbrytande idé att utforska de biologiska mekanismerna bakom ympning har fått stort gensvar.

– Ympning är egentligen en genialisk metod att kombinera de bästa delarna av två växter. Det är också helt unikt för växter och går inte att använda på andra organismer. Du kan inte ta hälften av ett djur och kombinera det med en annan halva och som slutprodukt få en överlägsen skapelse.

Historien om ympning börjar för tusentals år sedan. Belägg finns bland annat i romerska mosaiker och i klassiska grekiska texter.

– Ursprungligen var det en metod att föröka sina favoritfrukter. Kanske hade man ett äppel- eller citrusträd med en mycket välsmakande sort och ville göra fler exemplar av detta. Men dåtidens människor var medvetna om att det inte räckte med att bara klippa av en gren från favoritträdet, sticka ner den i marken och hoppas på att trädet skulle växa. Istället började de skära grenar från träd de ville föröka och lät dem växa på en annan stam, en rotstock.

Växternas otroliga läkningsprocess

Under många hundra år har ympningstekniken förfinats och använts till allt mer avancerade försök inom växtförädling. Men fortfarande är det okänt vad som sker på molekylär nivå – hur det är möjligt att en individ kan fogas till en annan och att de inte stöter bort varandra utan istället startar en process för att läkas ihop till en sammansatt vävnad.

– Växter har en otrolig förmåga att läka sig själva och förnya sin vävnad. Vi är intresserade av hela processen, som kallas regeneration, och vad som händer när en organism börjar påverka den andras egenskaper och hur de börjar kommunicera, säger Charles Melnyk.

För att söka svaren har Melnyk valt ett helt nytt angreppssätt. Tidigare forskare har främst studerat kommersiellt viktiga arter som till exempel druvor, tomater och äppelträd. Nu riktas fokus istället mot ett oansenligt ogräs: backtrav. Det är växtbiologins motsvarighet till bananflugan.

– Backtrav, Arabidopsis thaliana, är en modellväxt där vi har tillgång till kompletta genetiska data och vi kan ympa den mycket effektivt och snabbt. Vi är också övertygade om att backtrav innehåller samma grundläggande mekanismer som alla andra växtarter.

”Utan utnämningen till Wallenberg Academy Fellow hade jag inte kunnat flytta min forskning från England till Sverige. Forskningsmiljön här är extremt bra och likaså möjligheterna att finansiera avancerad forskning.”

Bättre vinskördar i framtiden

Med ogräsets hjälp vill Melnyk upptäcka de gener och signalvägar som styr växternas regenerering och se vad som händer när vävnader fusioneras. Han söker också molekyler som kan ändra hela läkningsprocessen, kunskap som i nästa steg kan användas för att hämma eller förbättra växternas regeneration. Det öppnar för en kommersiell nytta och redan nu pågår ett samarbete med ett forskningscenter i franska Bordeaux.

– Vinindustrin är beroende av ympning och varje år ympas miljontals växter. Om man betänker branschens storlek och hur mycket den är värd så inser man snart vilken betydelse förbättrade ympningsmetoder skulle få.

Även i Sverige finns tillämpningar. Redan idag används ympning inom det svenska skogsbruket och Charles Melnyk tror att de nya forskningsrönen kan ge metoden en ökad potential. Nyligen inleddes ett samarbete med forskningsinstitutet SkogForsk i Uppsala.

– Skogen, särskilt barrträd, är en viktig del av den svenska ekonomin. Jag tror att vi kan använda utvecklade ympningsmetoder för att förbättra egenskaperna hos träden, till exempel vad gäller motståndskraft mot sjukdomar, stresstolerans och en beständighet mot köld och torka. Det kan förbättra avkastningen och bli väldigt intressant för skogsindustrin i framtiden.

Nya strategier i kampen mot parasitära växter

Melnyk forskar också om parasitära växter, som orsakar skador i jordbruket världen över. Han upptäckte intressanta paralleller med växter som transplanterats genom ympning. Den parasitära växten binder också till värdplantan genom en regenerationsprocess, kopplar ihop vaskulär vävnad och använder denna anslutning för att suga åt sig näringsämnen. Förhoppningen är att en ökad biologisk förståelse ska bidra till nya strategier i kampen mot skadeväxter.

– Det finns ett starkt intresse för att försöka förstå hur vi kan bekämpa parasitära växter. Problemen är stora, särskilt i tropiska länder i Afrika och Sydostasien.

Charles Melnyk ser nu fram emot det nya livet i Sverige där han och hans svenskfödda fru har skaffat hus med egen trädgård.

– När jag inledde forskningen i Cambridge var jag den ende som arbetade med de här frågorna och erkännandet från Wallenbergstiftelsen betyder mycket. Jag tror att stiftelsen förstår att jag tog en viss risk när jag började med ett forskningsspår som ingen prövat tidigare.

Text Nils Johan Tjärnlund
Bild Magnus Bergström