Avslöjar sillens genetiska superkrafter

Projektanslag 2024

CLUPEA - unravelling molecular mechanisms behind adaptation to environmental heterogeneity and change

Huvudsökande: 
Leif Andersson, professor i funktionsgenomik

Medsökande:
Uppsala universitet
Marcel den Hoed
Amir Fallahshahroudi
Andreas Wallberg

Stockholms universitet
Mats Nilsson

Lärosäte:
Uppsala universitet

Beviljat anslag: 
26 miljoner kronor under fem år

De har silverglänsande sidor, blågrön rygg och en framskjutande underkäke. Sill, Clupea harengus på latin, lever i stora stim i hela norra Atlanten; från Ishavet i norr ända ned till norra Frankrike, utanför USA:s östkust och i haven runt hela Sverige.

I stora drag är alla sillar genetiskt lika, men på avgörande sätt skiljer de sig åt. Genom att sekvensbestämma hela arvsmassan från tusentals sillar från artens hela utbredningsområde, har Leif Andersson, professor i funktionsgenomik vid Uppsala universitet, hittat genetiska skillnader kopplade till sillens förmåga att anpassa sig till olika livsmiljöer.

Östersjösillen har till exempel en genvariant som gör att den ser bättre i Östersjöns grumligare och mer rödaktiga vatten, jämfört med sill från Atlanten. Andra genetiska varianter kan kopplas till sillens förmåga att leva i Östersjöns låga salthalt, att leka vid olika årstider och att leva i olika vattentemperaturer.

– Sillen visar sig vara en väldigt bra modell för att studera hur arter anpassar sig till sin miljö. Med det här projektet tar vi nu steget från starka statistiska samband till att hitta de molekylära mekanismerna för hur de olika genvarianterna påverkar sillens biologi, säger Leif Andersson.

Sill i akvarium

En viktig pusselbit i projektet är ett nytt laboratorium för fiskforskning som stiftelsen Baltic Waters har öppnat i Studsvik, bara två timmars bilresa från Uppsala. Där går det att hålla sill i akvarier, så att forskarna kan studera funktionen av olika genvarianter under fiskens hela livscykel: från embryo till larv – som de kallas när de kläckts – till yngel och vuxna individer.

Projektet, som har anslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, ska bland annat undersöka sillens anpassning till vattentemperaturen på platsen där den leker. Det är en viktig förmåga eftersom de befruktade äggen ligger kvar på lekplatsen och den känsliga tidiga utvecklingen sker där.

Forskarna kommer att samla in fiskar från populationer där de vet att det förekommer genetisk variation kopplad till temperaturen vid lektiden. Med egenutvecklad testutrustning gör de en snabb bestämning av vilka genvarianter som finns. I fisklaboratoriet kombinerar de sedan ägg och spermier för att få fram larver med olika genvarianter och placerar dem i olika temperaturer.

– Vi kan göra en väldigt noggrann analys av de här generna under utvecklingen. Till exempel se i vilka celler de uttrycks, om det finns skillnad i mängden genuttryck eller hur de olika genvarianterna påverkar överlevnaden. På så sätt får vi en djupare förståelse för vad varianterna betyder för fisken.

Genom att låta larver med olika genvarianter växa upp i en temperatur och salthalt som väntas bli verklighet i ett varmare klimat, kan projektet också ge kunskap om hur sill påverkas av framtida klimatförändringar.

Avancerad DNA-teknik

Leif Andersson stannar till framför vad som liknar ett svart skåp, men som är en sekvenseringsmaskin som kan läsa av långa DNA-sekvenser.

– Det är viktig teknik för att kunna reda ut komplexa delar av genomet, till exempel där flera kopior av en gen ligger i rad.

I projektet ingår även forskare med expertis inom så kallad in situ-sekvensering, som innebär att analysera DNA och RNA på plats i vävnaden, samt encellssekvensering, beräkningsbiologi och försök på zebrafiskar.

– Zebrafisk är lättare att arbeta med än sill, så vissa basala undersökningar kan vi göra på dem. Men vi vill också försöka göra genredigering i sill.

Tidigare har forskarna hittat genetiska skillnader mellan sillar som leker på våren och de som leker på hösten. Det gäller dels variationer i en gen som gör att fisken kan mäta dagsljus, dels i en gen kallad östrogenreceptor beta, båda uttrycks i hjärnan. Nu vill de studera hur det här hänger ihop, genom att analysera vilka gener som uttrycks i enskilda nervceller i hjärnan från höstlekare och vårlekare, under olika tider på året.

– Vi vill förstå kopplingen mellan ljuset och genuttrycket och hur det skiljer sig åt mellan vår- och höstlekare. Men det är en komplex frågeställning. Den här mekanismen förstår vi inte för någon art ännu, så om vi lyckas är det definitivt ett genombrott.

Kunskap för framtidens fiske

Leif Andersson hoppas att projektet ska bidra till att förklara flera viktiga genetiska anpassningar hos sillen.

– Vi har väldigt bra förutsättningar och har redan gjort spännande upptäckter som kan förklara varför Östersjösillen klarar av att leka i Östersjöns bräckta vatten.

Projektet bidrar till grundläggande biologisk kunskap men kan också få praktiska tillämpningar. Om forskarna förstår mekanismerna bakom exempelvis lektid eller salttålighet, kan det gå att skapa fiskar med egenskaper som underlättar fiskodling. Forskningen kan också ge information om hur specifika populationer bör hanteras.

– Sillar med genvarianter som gör dem mer toleranta mot värmeökning blir särskilt viktiga att inte fiska ut – de är en reservoar av genvarianter som kan bli viktiga i framtidens klimat. 

Text Sara Nilsson
Foto Magnus Bergström