Granens genom ger nya möjligheter

Förädling I somras startade världens hittills största genomkartläggning. Forskare vid Umeå Plant Science Centre har i samarbete med Science for Life Laboratory Stockholm tagit sig an uppgiften att sekvensera hela arvsmassan från en jämtländsk gran. Granens genom är sju till åtta gånger större än människans.
– Det har gått bättre än förväntat. Vi har genererat väldigt mycket DNA-sekvens, mer än 800 miljarder baspar, berättar Umeå-forskaren Ove Nilsson stolt. Hittills har det inte funnits någon dator i Sverige som har kunnat klara av så stora datamängder.
Men i december anlände en dator med ett RAM-minne på en terabyte till Science for Life Laboratory. Där ska de små DNA-snuttarna sättas samman till en sammanhängande sekvens. Forskarna räknar med att ha en första version av grangenomet klar under nästa år.
Det enda träd som hittills har fått sin arvsmassa kartlagd är poppeln. USA:s energidepartement stod för den sekvenseringen, men forskare vid Umeå Plant Science Centre och KTH var en viktig samarbetspartner, eftersom de redan hade tagit fram mycket information om släktingen hybridasp.
Tillsammans med avknoppningsföretaget SweTree Technologies har de hittat flera gener som var för sig kan fördubbla tillväxten hos hybridasp i växthusmiljö. Under 2010 inleddes de första fältförsöken med genmodifierade hybridaspar.
– Det är inte alls säkert att dessa träd växer lika bra under naturliga förhållanden, säger Ove Nilsson. I växthuset har de jämn temperatur och gott om näring och salter. Det kan vara så att de här träden är extra känsliga för naturlig påverkan.  

Sveriges viktigaste växt

Ur ett nyttoperspektiv är granens gener betydligt mer intressanta att modifiera än hybridaspens, åtminstone för oss här i Sverige.
– Granen är Sveriges i särklass viktigaste växt, både ur ett ekonomiskt och ur ett ekologiskt perspektiv, säger Ove Nilsson.
Liksom ökad tillväxt, skulle skydd mot djur kunna ge stora vinster i granodlingen.
– En planta som inte smakar gott för älgar och snytbaggar behöver inte vara giftig, säger Ove Nilsson. Plantan har ett eget försvar med ämnen som man kan använda sig av.
Han tror inte att plantor som modifierats för att smaka illa skulle påverka ekosystemet negativt.
– Idag har vi en väldigt onaturlig situation där vi utfodrar älgstammen med barrträdsplantor samtidigt som vi knappt har några rovdjur. När det gäller snytbaggen så äter den egentligen hellre rötter på kalhyggen än granplantor.

Nya material

Genomet ger också nya möjligheter att ta fram granar vars ved innehåller högre eller lägre halter av till exempel cellulosa, hemicellulosa eller lignin. Man kan även förändra vedens sammansättning så att det blir lätt att separera de olika fraktionerna av ämnen.
– Det kan öka effektiviteten för bioraffinaderiernas framställning av biobränslen och nya material som kan ersätta till exempel plast och bomull, säger Ove Nilsson.
Om genmodifierade granar en dag ska kunna planteras ut i naturen, skulle det vara bra om de inte blommar, eftersom det minskar risken att de sprids.
Ove Nilsson och hans kollegor vid UPSC har tillsammans med forskare på Syngenta hittat en gen i sockerbeta som blockerar blomningen. Genen slås normalt av i slutet av betans första år, så att växten kan blomma under det andra året. Genom att modifiera den blomningsblockerande genen, så att den är konstant påslagen, hoppas forskarna nu kunna ta fram den efterlängtade vinterbetan, som kan planteras på hösten och fortsätta växa under en hel tillväxtsäsong utan att blomma.
– Samma princip som vi har hittat i sockerbeta kan man också tillämpa på träd, säger Ove Nilsson.
Redan under nästa år hoppas han, tillsammans med sina kollegor, kunna börja plocka ut de gener som styr blomningen hos granen.
Om de genmodifierade granarna, trots försiktighetsåtgärder, skulle blomma, ser Ove Nilsson inga risker med det.
– Så gott som alla förändringar minskar konkurrenskraften, säger han.  

Levande fossil

Förutom att det öppnar dörren för genmodifierade granar, kan grangenomet också revolutionera den traditionella förädlingen.
– Om man identifierar en gen som ger viktiga egenskaper och tar fram en DNA-markör för den, så kan man följa den och selektera för den, och på samma sätt kan man markera och selektera bort gener som till exempel kopplas till känslighet för sjukdom.
Forskarna hoppas också att granens genom ska ge nya pusselbitar i förståelsen av de gåtfulla träd som dominerar våra skogar. Varför granen har till exempel så mycket arvsmassa? Gömmer här sig nycklar till trädets förmåga att överleva och anpassa sig?
– Barrträden är nästan som levande fossil, säger Ove Nilsson. Dinosaurierna sprang omkring i barrskogar redan för flera 100 miljoner år sedan. Andra växter har utvecklats enormt mycket under den här tiden, men barrträden hade redan då något som var väldigt framgångsrikt. Sverige har granen till exempel koloniserat under de senaste 2-3000 åren, från Skåne i söder till norra Norrland. 
 

Fakta: Av och på

Genmodifiering kan användas för att öka eller tysta ned produktionen av protein från en viss gen. Om man vill öka produktionen från en gen, kan man sätta in en starkare promotor, en DNA-sekvens som främjar transkription av genen till RNA, cellens mall för proteintillverkning. Gener kan tystas genom så kallad RNA-interferens. Då sätter man in en bakvänd kopia av den gen som ska tystas. När RNA skrivs av från den rättvända och den bakvända genen så binder de båda RNA-sekvenserna till varandra. Det dubbelsträngade RNA som blir resultatet bryts ned och inget protein tillverkas.