Växterna fick större motståndskraft mot infektioner och torka sedan ett par gener hade tagits bort. De blev också mer toleranta mot saltvatten. – Mutationen kan göra växterna mer efterfrågade om vi får ett varmare klimat, säger professor Stefan Björklund.
Projektanslag 2015
Evolutionarily conserved mechanisms of stress response that converge on mediator and chromatin structure
Huvudsökande:
Stefan Björklund, professor
Medsökande:
Umeå universitet
Åsa Strand
Sveriges lantbruksuniversitet
Hans Ronne
Claudia Köhler
Jan Stenlid
Lärosäte:
Umeå universitet
Beviljat anslag:
39,7 miljoner kronor under fem år.
Torka och infektioner är vanliga anledningar till sämre avkastning i jord- och skogsbruket. Det beror på att stressade växter växer dåligt.
Kunskapen är dock begränsad om vilka processer som styr olika organismers svar på ändrade livsvillkor.
Undersöker stress på molekylnivå
Professor Stefan Björklund vid Umeå universitet leder en forskargrupp som har fått projektanslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse för att undersöka hur växter anpassar sig till stress på molekylnivå. Stress uppfattas av receptorer på cellens yta eller i olika cellorganeller. Uppgifterna skickas vidare till cellkärnan, där den genetiska informationen läses av innan nya och stresståliga proteiner kan produceras.
– Det finns olika anledningar till att gener ändrar uttryck. Det kan vara infektioner, kyla, värme, torka, eller höga saltkoncentrationer, förklarar Stefan Björklund.
Avläsningen styrs av reglerproteiner. Deras effekter förmedlas av den så kallade mediatorn.
– Vårt projekt fokuserar på mediatorns roll i anpassningen till stress, berättar Stefan Björklund.
Påverkan från omvärlden
Nutidsmänniskan är väl förtrogen med fenomenet stress. Det är en reaktion på händelser eller situationer som är påfrestande för kropp eller själ.
Om vi ligger och sover i ett mörkt och svalt rum är vi i vanliga fall ganska befriade från stress. Ämnesomsättningen är låg, om det har gått flera timmar efter den senaste måltiden. Så snart som väckarklockan ringer börjar vi anpassa oss efter nya förhållanden. Det är varmare och ljusare i köket, och kroppen behöver mobilisera olika enzymer som bryter ned fetter, kolhydrater och proteiner när vi har ätit frukost.
I varje enskild stund under dagen och natten måste vi reglera alla 25 000 gener på en perfekt nivå. Någon gen uttrycker sig vid enskilda tillfällen i 5 000 kopior per minut, en annan uttrycker sig inte alls. Fem minuter senare kan det vara tvärtom.
Alla levande organismer utsätts hela tiden för liknande utmaningar. För att klara överlevnaden måste vi kunna inrätta oss efter förändringar i omvärlden.
Olika typer av stress
Forskarna i Umeå studerar vad som händer när växter och svampar utsätts för olika typer av stress. De undersöker backtrav och muddermossa, som är två avlägset besläktade växter, samt vinjäst och mögelsvamp, som är två avlägset besläktade svampar.
Både växterna och svamparna utgör etablerade modeller i forskarvärlden. Det är lätt att framställa eller köpa exemplar med förändrad arvsmassa.
Organismerna kommer i olika försök att drabbas av bakterier, infektioner eller skadedjur som framkallar biotisk stress, orsakad av levande faktorer.
De blir också exponerade för hög värme eller salthalt eller andra icke-levande faktorer som är exempel på abiotisk stress.
Vad händer på molekylnivå när växterna och svamparna får mer eller mindre vatten, mer eller mindre värme eller planteras med större eller mindre mellanrum?
– Om vi utsätter svamparna för samma typer av stress och upptäcker att de svarar likadant kan vi nog räkna med att vi har hittat viktiga funktioner, säger Stefan Björklund.
Forskarna hoppas på samma sätt kunna identifiera gemensamma nämnare mellan backtrav och muddermossa. I nästa steg blir svamparna jämförda med växterna.
– Projektet ger insikter om hur olika stress-signaler samverkar för att anpassa sig efter förändringar i miljön. Den kunskapen kommer att underlätta utvecklingen av grödor och träd som är mer motståndskraftiga mot växtstress, säger Stefan Björklund.
Resistenta mot torka och infektioner
När forskarna gjorde försök med plantor av backtrav som saknade generna MED18 och MED25 gjorde de en förvånande upptäckt.
– Vi såg att vi fick växter som var mer resistenta mot torka, infektioner och höga saltkoncentrationer. Det var ett överraskande fynd. När man tar bort en gen brukar man oftast tappa en egenskap, och det ligger nära till hands att tro att det skulle vara en förändring till det sämre. Men här blev effekten positiv. Växter som är motståndskraftiga mot torka kommer med all säkerhet att bli efterfrågade om klimatet blir varmare, säger Stefan Björklund.
Försöken visade också att blomningen var extremt försenad. Det gör växten steril.
– Om plantorna inte hinner blomma kan de inte föröka sig. Både ur etisk och kommersiell synvinkel är det en fördel. Det finns alltid en oro för att genmodifierade växter ska sprida sig, kommenterar Stefan Björklund.
Uppbyggnadsfas
Projektet är ännu i en uppbyggnadsfas. Stefan Björklund har fullt upp med att rekrytera medarbetare men räknar med att alla är på plats i slutet av året.
– Jag söker forskare på en massa sociala sajter i hela världen och har bland annat anställt en kvinna från Pakistan, som kommer i augusti. Det blir många nationaliteter i labbet. Det är kul, väldigt berikande, säger han.
Text Carin Mannberg-Zackari
Bild Magnus Bergström
