Strategiska satsningar

Kartläggningen av granens genom öppnar vägen för snabbare förädling

Barrträden har dominerat stora delar av världens skogar i 200 miljoner år och kallas för levande fossil. Granen är Sveriges ekonomiskt viktigaste växt och har en arvsmassa som är sju gånger större än människans. Tack vare forskare vid Umeå Plant Science Centre och SciLifeLab är granens genom nu kartlagt. Även om huvudsyftet varit grundforskning så kommer resultaten att kunna användas till en snabbare förädling av granen.

Ove Nilsson, Pär Ingvarsson och Stefan Jansson. Foto: Johan Gunséus

Projektets huvudsakliga avsikt har varit att kartlägga genomet för att förstå biologin och evolutionen bakom granen.

– Barrträden hittade på något, redan innan dinosaurierna vandrade i barrskogarna, som var så framgångsrikt att de fortfarande dominerar. Efter det har alla blommande växter genomgått enorma förändringar medan barrväxterna i princip inte utvecklats alls, säger Ove Nilsson, professor i skoglig genetik och växtfysiologi vid SLU och Umeå Plant Science Centre.

Det är lite av ett mysterium varför barrträden trots det behållit sin dominerande ställning.

– Rent teoretiskt borde det vara en nackdel att inte utvecklas i samma takt som övriga växter gjort.

Skräddarsydda träd

Ett annat mål i projektet har varit att förbättra och skynda på förädlingen av gran och tall.

– I och med att vi har hela genomsekvensen har vi fullständig kontroll på alla gener så att vi kan koppla dem till olika egenskaper. Träden kan exempelvis förädlas att växa snabbare och bli motståndskraftigare för sjukdomar. Vi hoppas att hela den svenska trädförädlingen kommer att förändras efter detta.

Enligt forskarna öppnar sig också möjligheten att skräddarsy träd för olika användningsområden. Man skulle kunna tänka sig en typ för pappersmassa, en annan för plank och en tredje för nya plastmaterial eller bränslen.
Kartläggningen av granens genom har på många sätt varit ett gigantiskt projekt. DNA:t består av 20 miljarder baspar. Det är de fyra nukleotider som förkortas A, C, G, T som tillsammans bildar arvsmassan, DNA:t. De fyra bokstäverna kan sägas utgöra livets alfabet. Det är ordningen på nukleotiderna som egentligen lägger grunden för vad en organism kan göra, en ordning som möjliggör en närmast oändlig mängd olika kombinationer.

– Problemet är att man bara kan läsa av små delar i taget, vilket resulterar i ett gigantiskt pussel av slumpvisa DNA-bitar. Det kräver en dator med ett enormt ram-minne. En dator med den kapaciteten fanns inte i Skandinavien när vi lämnade in ansökan om projektetanslag till Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, berättar Ove Nilsson.

Den största utmaningen var att foga samman alla pusselbitar så att bokstäverna kom i rätt följd. I granens fall handlade det om mer än två tusen miljarder pusselbitar som skulle sättas hop till en helhet. För att göra den enorma informationsmängden det handlar om lite mer åskådlig tar Ove Nilsson Bibeln till hjälp.

– Tänk på hur många bokstäver det finns i en Bibel. Tänk sedan på hur många Biblar man måste ställa på rad på sträckan mellan Stockholm och Uppsala, och det totala antalet bokstäver de innehåller. Det ger en bild om vilken datamängd det handlar om.

Teknikutvecklingen en förutsättning

Det var när SciLifeLab etablerades som den tekniska möjligheten att sekvensera genomet kom. SciLifeLab är ett samarbete mellan KTH, Stockholms universitet, Karolinska Institutet och Uppsala universitet, som ger tillgång till helt ny teknologi och nya plattformar för genomik och bioinformatik.

Sommaren 2010 körde projektet igång och redan våren 2013 var granens genom kartlagt.

– Teknikutvecklingen går hissnade snabbt. Vi kom också att driva på utvecklingen, något som kommer att vara positivt även för den humana genomforskningen.

Köttsjögranen

Det gran-DNA forskarna sekvenserat kommer ursprungligen från en gran i Jämtländska Köttsjön. Sedan några kvistar ympades från Köttsjögranen år 1959 har den fått miljontals avkommor i de svenska skogarna. Sekvenseringen visar att granen har minst 29 000 olika gener. Det är bara något fler än vad människan har, men granens arvsmassa är ändå sju gånger större än vår. Ett av projektets mål har varit att svara på just varför genomet är så stort.

– Vi var ganska säkra på att det inte berodde på att granen har fler gener. Däremot är genomet fyllt av korta DNA-sekvenser som upprepas. Det är rester av så kallade transposoner, bitar av DNA som kan kopiera sig själva och hoppa omkring i genomet. De flesta växter har mekanismer för att begränsa spridningen av dessa transposoner, något som barrträden verkar sakna, berättar Ove Nilsson.

Foto: Johan Gunséus

Räddas av vidsträckt pollenspridning

Enligt Ove Nilsson har transposonerna förmodligen spridit sig så mycket i granen att en gräns för hur stort ett genom kan bli har uppnåtts.

– Varje kromosom är lika stor som människans arvsmassa. Grangenomet består också av massa pseudogener, ett slags likrester av döda gener.

En arvsmassa fylld med ovidkommande gener borde vara till en stor nackdel men av någon anledning påverkar det inte barrväxterna.

– Det som förmodligen motverkar de negativa effekterna är att gran och tall kan sprida sitt pollen upp till 100 mil. Det leder till en stor population som kan korsa sig med varandra och då blir det inte lika farligt att bära på icke funktionella gener. Om man däremot korsar två närbesläktade granar, eller använder frön från en och samma gran, blir resultatet svårt sjuka träd, berättar Ove Nilsson.

Text Carina Dahlberg
Bild Magnus Bergström