Vad driver utvecklingen av nya arter, och vad orsakade den snabba historiska artutvecklingen bland växterna? Frågan sysselsatte redan Charles Darwin men det är de senaste årens framgångar inom genteknik som kan ge oss ett svar. 

Claudia Köhler arbetar för en bättre förståelse genom att kombinera de olika områdena molekylärbiologi, epigenetik och genetik med evolutionsbiologi. Och det är i frövitan, växternas egen moderkaka, som hon söker svaret. 

– Naturligtvis finns det mycket vi fortfarande inte förstår, men i dag har vi nått fram till en bättre förståelse av de barriärer som uppstår för att förhindra vissa korsbefruktningar mellan olika arter. Och här har mobila genetiska element visat sig spela en nyckelroll, säger Claudia Köhler. 

Hoppande gener

Barriären kan skapas i frövitan och förhindra att närbesläktade arter får en fertil avkomma. Köhlers forskning har visat att hybridiseringsbarriären har ett starkt samband med så kallade hoppande gener. 

De hoppande generna kallas transposoner och upptäcktes redan under 1940-talet av Barbara McClintock när hon undersökte kromosomförändringar hos majs. Flera decennier senare hittades transposoner även hos andra organismer och i dag har mycket forskning gjorts på deras funktion hos djur och människa. Att transposonerna spelar en viktig roll i växtens utveckling är klarlagt, men exakt hur återstår att undersöka.

Transposoner är i praktiken bitar av DNA som kan byta plats i arvsmassan. Men deras hoppande är ett hot mot organismen eftersom det kan skada andra gener eller påverka deras funktion och därför tystas de vanligtvis av epigenetiska mekanismer. Men under växtreproduktion sker en viss återaktivering av transposoner, vilket kan leda till en inkompatibilitet när skillnaden mellan olika arter är för stor.

– Vi är särskilt intresserade av att förstå vilken roll transposonerna har för att skapa hybridiseringsbarriärer. För ett antal år sedan upptäckte vi ett samband mellan transposonerna och fenomenet med genetisk prägling. Vi kunde se hur genetisk prägling bidrog till att skapa barriärer och att de inblandade generna ofta fanns i närheten av transposoner, säger Claudia Köhler. 

Grunden till ett nytt fält

Genetisk prägling handlar om hur vissa gener är på- eller avslagna i arvsmassan beroende av vilken förälder de ärvs av. Upptäckten att den genetiska präglingen kan påverka hybridiseringsbarriärerna lade grunden till ett nytt fält i Claudia Köhlers forskningslabb. 

Präglingen är ett resultat av en epigenetisk reglering i embryot, en reglering som även påverkar den epigenetiska regleringen av transposonerna. Nu ska Köhler undersöka sambandet mellan transposoner, prägling och hybridiseringsbarriärer.  

– Frågan är om vi kan aktivera transposonerna och därmed skapa hybridiseringsbarriärer. Det skulle vara ett bevis för transposonernas centrala roll i processen. Om vi lyckas med det så vore det extremt häftigt, säger Claudia Köhler. 

En ytterligare sak som kan resa barriärer är förekomsten av vissa små bitar RNA som har sitt ursprung i transposonerna. Här kommer Köhler att fokusera på hur dessa bitar skapas och vilken funktion de har i frövitans utveckling. 

”Scholaranslaget från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse ger en ekonomisk frihet att ta mig an forskning där utfallet är osäkert.”

Förenkla förädlingen av grödor

Kan forskningen leda fram till ett sätt att styra hybridiseringsbarriärerna så skulle det kunna förenkla växtförädling. Något som kan få stor betydelse när nya grödor tas fram för att hantera klimatförändringen. 

– Våra moderna grödor är anpassade till dagens klimat, och därför behöver vi hitta sätt att i framtiden anpassa dem till ett förändrat klimat. 

Forskningen är starkt teknikdriven där nya metoder för DNA-sekvensering, som till exempel enkelcellsanalys, har gett möjligheten till snabba framsteg. Nyttan av att snabbt ta till sig ny teknik blev tydlig för Claudia Köhler under ett studieår i USA. 

– Där lärde jag mig använda nya gentekniker men även hur forskningen fungerar i en starkt konkurrensutsatt miljö. Att bli biolog var en barndomsdröm för mig och den erfarenheten stärkte mig ytterligare.

Efter en tio år lång period vid Zürichs universitet samt ETH i Schweiz fick hon erbjudandet om en professorstjänst vid SLU i Uppsala. Här inledde hon arbetet med att bygga upp den forskargrupp som i dag rymmer cirka 15 personer. Alla djupt engagerade i att kombinera molekylärbiologi, epigenetik och genetik för att upptäcka nya samband. Under 2021 flyttar hon sin forskargrupp till Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology i Tyskland, men kommer att fortsätta vara anknuten till SLU.

Hon liknar forskningen vid ett detektivarbete där det ständigt kommer nya ledtrådar i form av nya data och tankeverksamheten aldrig upphör. 

– Det mest spännande är att utveckla nya hypoteser från vår forskning för att sedan testa om de håller. Hittills har vi lyckats väl och som Wallenberg Scholar får jag möjligheten att undersöka även mina mer långsökta teser, säger Claudia Köhler. 

Text Magnus Trogen Pahlén
Bild Gerardo Del Toro De León