I växtriket används små RNA-molekyler som signaler som styr bland annat reproduktionen. Men hur transporten av signalerna sker är ännu okänt. Här hoppas fem forskargrupper vid SLU i Uppsala att tillsammans utveckla tekniker som kan ta oss närmare en förståelse.
Projektanslag 2019
Function of small RNAs as intra and inter-organismal communication signal
Huvudsökande:
Claudia Köhler, professor i molekylär växtcellbiologi
Medsökande:
Christina Dixelius
Anders Hafrén
German Martinez
Stefanie Rosa
Lärosäte:
Sveriges lantbruksuniversitet
Beviljat anslag:
28 000 000 kronor under fem år
RNA är en molekyl som många känner som en budbärare av information när cellerna ska bilda nya proteiner. Då kopierar mRNA (messenger RNA) rätt recept för varje protein från vårt DNA. Men de senaste årtiondena har det blivit allt tydligare vilken betydelse RNA även har för cellernas signalsystem.
Hos växterna har forskarna funnit hur små RNA-molekyler (small RNA eller sRNA) bär en vital information som påverkar växtens förmåga till reproduktion.
– RNA utgör en perfekt molekyl för att lagra och överföra information mellan celler, men även mellan olika organismer. Detta utnyttjas bland annat av sjukdomsframkallande ämnen och organismer som kan tillverka sRNA för att släcka en respons hos immunförsvaret, säger Claudia Köhler.
Professor Claudia Köhler leder det femåriga projektet ”Function of small RNAs as intra and inter-organismal communication signal” vid SLU. Under de närmaste fem åren ska hon tillsammans med kollegorna Christina Dixelius, Anders Hafrén, German Martinez och Stefanie Rosa kartlägga hur de små RNA-molekylerna transporteras mellan olika celler.
Kommunicerande könsceller
Epigenetiska mekanismer styr vilka gener som uttrycks i en cell och vilka som förblir tysta. Detta påverkar i sin tur vilka proteiner som cellen bildar och även hur cellen utvecklas.
Köhlers forskargrupp har funnit att små RNA-molekylerna kan bära epigenetisk information mellan växternas könsceller. Särskilt från de manliga könscellerna till de kvinnliga när de tillsammans ska bilda ett embryo.
– Vi vet redan från djur att icke-matchande RNA hos två föräldrar kan leda till stora problem hos avkomman och även förhindra utvecklingen av ett embryo. Nu ska vi undersöka om det även gäller för växterna, säger Claudia Köhler.
Studierna ska göras i modellväxten backtrav (arabidopsis thaliana) men kräver en omfattande utveckling och anpassning av flera gentekniker. Bland annat måste forskargruppen hitta sätt att identifiera och märka de små RNA-molekylerna för att sedan kunna följa dem mellan cellerna.
Det första steget blir att använda massekvensering för att identifiera vilka sRNA-populationer som finns i specifika vävnader. Detta ger också ledtrådar till hur de transporteras mellan vävnaderna. Men för att kunna visa på de faktiska transporterna krävs att de enskilda sRNA-molekylerna kan spåras på vägen till sina mål.
– Det finns metoder för att märka längre strängar av RNA men dessa behöver vi anpassa så att de även fungerar på de små RNA-molekylerna. Det är ingen lätt uppgift men vi kan klara den tack vare vårt teams kombinerade expertis, säger Claudia Köhler.
Forskargruppen har tidigare utvecklat sätt att isolera enskilda celler under växternas reproduktion vilket tidigare varit omöjligt.
– Det tog oss tre år att anpassa tekniken för att lyckas med det. Nu hoppas jag att det inte tar lika lång tid att lyckas identifiera och märka RNA-molekylerna. Men samtidigt ger detta projektanslag oss möjligheten att ta oss an svåra och tidskrävande problem, säger Claudia Köhler.
Bättre styra växtförädlingen
Att kartlägga transportvägarna kan kasta nytt ljus på vilken funktion sRNA har på växternas hybridiseringsförmåga, det vill säga växtens förmåga att korsa sig med andra arter.
Forskargruppen har visat hur ett frös moderkaka, frövitan, har förmågan att resa en barriär som förhindrar korsbefruktning mellan olika arter. Claudia Köhler har ägnat mycket tid till att förstå hur dessa barriärer uppstår. Hon har funnit att signaler som bärs av sRNA kan spela en viktig roll för att förhindra korsningar mellan vissa arter och underarter.
– Om vi förstår hur sRNA transporteras kanske vi även kan blockera de transportvägarna. Det skulle kunna öppna nya möjligheter att styra växtförädlingen i framtiden.
Kunskaperna kan användas för att öka motståndskraften hos några av våra vanligaste grödor. Här ligger forskarnas fokus särskilt på att göra potatis mer tålig mot bladmögel. En bättre motståndskraft hos potatisen skulle kunna öka skördarna utan en ökad användning av kemiska bekämpningsmedel.
Men ännu återstår mycket grundforskning i de fem forskargrupper som ingår i projektet. Eftersom sRNA även agerar budbärare hos djur och människa hoppas man att resultaten kan bli viktiga även där. Särskilt betydelsefull kan kunskapen bli för utveckling av nya former av läkemedel där sRNA kan bära instruktioner för cellernas utveckling.
– Många upptäckter görs först hos växter men uppmärksammas först när vi inser vilken relevans de har även hos djur och människa. Vi behöver troligen bli bättre på att kommunicera våra resultat i framtiden, säger Claudia Köhler.
Text Magnus Trogen Pahlén
Bild Gerardo Del Toro De León, Magnus Bergström
