Arv och miljö formar jordens alla olika livsformer. Men idag vet forskarna också att livet är mer komplicerat än så; att det finns mekanismer som av ännu okända anledningar stänger av och sätter igång olika gener. Genom att studera växters epigenetik hoppas forskare vid Sveriges lantbruksuniversitet, SLU, kunna bidra till ökad produktion av olika grödor i framtiden.
Projektanslag 2012
Epigenetic regulation of cell fate in plants
Huvudsökande:
Lars Hennig, professor i genetik
Medsökande:
Peter Bozhkov
Daniel Hofius
Claudia Köhler
Eva Sundberg
Lärosäte:
Sveriges lantbruksuniversitet
Beviljat anslag:
28.8 miljoner kronor under fem år
Lars Hennig arbetar i det alldeles nybyggda BioCentrum på SLU:s campus i Ultuna bland välordnade laboratorier och fina kontor. Gång på gång gör Lars Hennig svepande rörelser med sina armar mot fönstret för att visa att det egentligen är allt det där vårgröna där ute som det handlar om.
– Jag har varit fascinerad av växter ända sedan jag var liten och visste tidigt att jag ville studera biologi för att förstå mer om hur växter utvecklas och fungerar. Jag älskar fortfarande naturen och jag älskar mitt jobb. Växtbiologi är så otroligt roligt och intressant, säger han.
När han höll på med sin doktorsavhandling för 15 år sedan började epigenetiken – det vill säga den del av genetiken som är oberoende av förändringar i DNA-sekvensen men som gör att celler i flercelliga organismer utvecklas till olika celltyper som i sin tur ger upphov till olika vävnader och organ – att uppmärksammas allt mer.
– Man kan säga att epigenetiken ligger ”ovanpå” traditionell genetik, den problematiserar vår traditionella kunskap om genetik och för oss därmed närmare livets fantastiska komplexitet. Jag tyckte att det var otroligt spännande att ge mig in i detta nya vetenskapliga område, det var som att beträda okänd mark, förklarar Lars Hennig.
Varje cell har ett ”öde”
Idag leder han en forskargrupp vars ambition är att försöka förstå varför till exempel en rotcell är en rotcell och inte en lövcell; hur det kommer sig att varje cell har ett eget ”öde” som innebär att den finns till för att uppfylla och utföra särskilda funktioner i en organism.
– Om celler i ett djur utvecklas till något annat än vad de är ämnade för så kan de utvecklas till tumörer och cancer. När det gäller växter så finns inte det omedelbara hotet om cancer, men det är fortfarande helt avgörande för växten att varje cell uppfyller och utför sin speciella funktion för fotosyntesen, för skönheten och för andra olika typer av nyttor, berättar Lars Hennig.
Epigenetiken spelar en avgörande roll
En anledning till att Lars Hennig valt att studera växter istället för djur är att växter påverkas mycket mer av miljön de utvecklas i. Växter kan inte springa iväg utan måste förhålla sig till, och klara av, den miljö de växer i – och här spelar epigenetiken en avgörande roll.
Från början härstammar nämligen alla celler i en flercellig organism från en enda cell. Alla celler har således samma uppsättning av DNA. Men under inverkan från omvärlden och olika signaler från andra celler så utvecklas cellerna gradvis till specifika celler med särskilda egenskaper och funktioner.
Om och hur generna kommer till uttryck regleras av hur tillgängliga olika delar av DNA:t är för transkription, överföring av information, och därmed tillverkning av olika proteiner. Det här styrs av paketeringen av cellkärnans kromatin, som är komplex av DNA och proteiner (huvudsakligen så kallade histoner).
Kromosomsegment som är mindre hårt packade kan lättare användas som mallar för proteintillverkning, medan kromosomsegment som är hårt packade är låsta. Dessa kromatinstrukturer sägs vara epigenetiska eftersom de tillkommer utöver och genom modifiering av den information som finns i DNA-sekvensen och dessutom kan ärvas av dotterceller.
– Forskningen i vårt projekt handlar framför allt om paketeringen av kromatinet. Man kan jämföra det med hur du har det i din lägenhet, vilka prylar som finns framme för att du behöver dem ofta och vilka saker du förvarar på vinden eller i källaren för att du just nu inte har någon användning för dem. På samma sätt som vi tar fram och ställer undan saker i vårt hem är också paketeringen av kromatinet en dynamisk process, förklarar Lars Hennig.
Programmerad celldöd
Forskarnas ambition är att studera de epigenetiska mekanismer som styr programmerad celldöd. Denna funktion är viktig eftersom den gör plats för nya celler och dessutom fungerar som ett försvar mot bakterier, parasiter, virus och svampar.
En annan sak forskarna studerar är kemiska modifikationer av histonerna, vilka ibland kallas den epigenetiska koden. Cellerna har nämligen en uppsättning av enzymer som kemiskt kan modifiera histonerna genom att till exempel addera acetyl-, fosfor- eller metylgrupper till kromatinet. Denna process leder till att förpackningen av kromatinet förändras lokalt, vilket i sin tur innebär att gener aktiveras eller stängs av.
Viktig forskning
I sin forskning använder Lars Hennig och hans kollegor mikroskop, maskinell sekvensering och statistiska algoritmer för att strukturera och se mönster i all data de samlar in. De arbetar också med tre olika modellorganismer: backtrav, gran och en mossart.
– Det vi studerar är grundläggande processer i växternas utveckling som vi behöver förstå för att kunna optimera tillväxten och produktionen av olika grödor och träd som vi är beroende av. Om vi kan förstå växters epigenetik så är det också viktig kunskap för cancerforskningen, säger Lars Hennig.
Text Anders Esselin
Bild: Magnus Bergström
ORDFÖRKLARINGAR
Genetik:
Vetenskapen om hur egenskaper nedärvs, hur arvsmassan är uppbyggt och fungerar, hur förändringar av generna uppstår, samt den biologiska variationen.
Epigenetik:
Den del av genetiken som handlar om ärftliga men reversibla förändringar i genuttryck som är oberoende av förändringar i DNA-sekvensen.
Histoner:
Proteiner som DNA är uppvirat kring.
Kromatin:
Komplex av DNA och proteiner (huvudsakligen histoner men även andra genregulatoriska proteiner). Kromatinets struktur bestäms av hur packad DNA-spiralen är runt kromatinets histoner. Eukromatin är kromosomsegment som är mindre hårt packade och är därmed lättare tillgängliga för transkription och proteintillverkning. Heterokromatin är hårt packade segment av en kromosom och därmed svårtillgängliga, eller låsta, för proteintillverkning.
