Nya metoder för växtbioteknik i muddermossa

Senast ändrad: 11 april 2017
moss1.jpg

Muddermossan Physcomitrella är en oansenlig liten växt som fått en stor betydelse inom forskningen. Orsaken till detta är att det är relativt lätt att slå ut (knocka) gener i muddermossa med hjälp av homolog rekombination, så kallad omvänd genetik.

Detta är något som man länge kunnat göra i modellorganismer som jästsvamp och mus, men däremot inte i växter. Poängen med att knocka gener är att man på så sätt kan ta reda på vad de har för funktion, genom att studera egenskaperna hos en individ som saknar genen.

Muddermossa har därför snabbt blivit en viktig modellorganism inom växtforskningen. Sekvensen på muddermossans arvsmassa har bestämts, viket ytterligare ökat dess betydelse som modellorganism.

Ett annat viktigt verktyg i den molekylära genetiken är plasmider, små DNA-molekyler som kan föröka sig inne i värdorganismens celler. Med hjälp av plasmider kan man klona nya gener, och studera funktionen hos redan klonade gener genom överuttryck. Det senare är möjligt då plasmider ofta finns i många kopior per cell, och därför gör mer proteiner än värdecellens egna gener, som bara finns i en eller två kopior.

Användandet av plasmider har hittills av praktiska skäl varit begränsat till encelliga organismer som bakterier och jästsvamp. Plasmider som förs in i djur- eller växtceller genomgår ofta olika typer av rearrangemang och hoppar dessutom in i värdcellens arvsmassa, vilket avsevärt försvårar deras användning.

Vita kolonier har tappat plasmiden och är döda

Vi har dock visat att plasmider som förs in i muddermossa är stabila och lätt kan återvinnas från mosscellerna i sin ursprungliga form (Murén et al., 2009). Det gör det möjligt att bygga så kallade skyttelplasmider, som kan användas för att flytta gener fram och tillbaka mellan mossa och bakterier eller jästceller.

Vi följer nu upp denna upptäckt genom att utveckla och testa nya kraftfulla metoder som använder plasmider i mossa. Metoderna kommer ursprungligen från jästsvamp, där man länge använt sig av plasmider med stor framgång.

Kloning genom komplementering i mossa

En tillämpning för skyttelplasmider är kloning av nya gener från plasmidbibliotek där DNA från andra växter klonats in. Det är möjligt att redan idag göra detta i jästsvamp, men eftersom jästsvampen inte är en växt fungerar inte denna metod för gener som behövs för fotosyntes och andra för växter unika processer. Genom att i stället använda mossa ökar möjligheterna att klona och studera växtgener.

Gendossupression i mossa

En annan tillämpning är gendossupression (dosage suppression). Metoden går ut på att söka igenom ett plasmidbibliotek efter plasmider som kan motverka effekten av en mutation i värdcellen då genen på plasmiden överuttrycks. Detta gör det möjligt att snabbt hitta andra gener som har med den muterade genen att göra. Man kan på det sättet ofta nysta upp ett helt nätverk av gener som fungerar tillsammans i en biologisk process.

Metoderna kommer att vara till nytta både i grundforskningen och i bioteknik och växtförädling. Verktyg som skyttelplasmider och gendossupression kommer att göra det möjligt att snabbt kartlägga funktionen hos nya gener i växter, samt att klona gener som är specifika för växter. Det senare är särskilt värdefullt inom biotekniken, där man ofta försöker klona gener för enzymer som bara finns i växter.

Forskare

  • Mikael Ulfstedt
  • Guo-Zhen Hu
  • Hans Ronne

Publikationer sedan 2000

Nylander, M., Heino, P., Helenius, E., Palva, T., Ronne, H. and Welin, B. (2001). The low temperature- and salt-induced RCI2A gene of Arabidopsis complements the sodium sensitivity caused by a deletion of the homologous yeast gene SNA1Plant Mol. Biol. 45, 341-352.

Lindroth, A., Saarikoski, P., Flygh, G., Clapham, D., Grönroos, R. Thelander, M., Ronne, H. and von Arnold, S. (2001). Two S-adenosylmethionone synthase genes that are differentially expressed during adventitious root development in Pinus contorta. Plant Mol. Biol. 46, 336-346. 

Thelander, M., Fredriksson, D., Schouten, J., Hoge, H. and Ronne, H. (2002). Cloning by pathway activation in yeast: identification of an Arabidopsis thaliana F-box protein that turns on glucose repression. Plant Mol. Biol.49, 67-79.

Olsson, T., Thelander, M., and Ronne, H. (2003) A novel type of chloroplast stromal hexokinase is the major glucose phosphorylating enzyme in the moss Physcomitrella patens. J. Biol. Chem. 278, 44439-44447.

Thelander, M., Olsson, T., and Ronne, H. (2004) Snf1-related protein kinase 1 is needed for growth in a normal day-night light cycle. EMBO J. 23, 1900–1910.

Thelander, M., Olsson, T., and Ronne, H. (2005) Evidence that the balance between chloronemal and caulonemal growth is regulated by the energy supply in the moss Physcomitrella patens. J. Exp. Bot. 56, 653-662.

Thelander, M., Nilsson, A., Olsson, T., Johansson, M., Girod, P.-A., Schaefer, D.G., Zrÿd, J.P. and Ronne, H. (2007) The moss genes PpSKI1 and PpSKI2 encode nuclear SnRK1 interacting proteins with homologues in vascular plants. Plant Mol. Biol. 64, 559-573.

Thelander, M., Nilsson, A. and Ronne, H. (2009) Carbon and energy metabolism. In The Moss Physcomitrella, Eds. Perroud P.-F., Knight, C. and Cove, D., Annual Plant Reviews 36, 211-245.

Murén, E., Nilsson, A., Ulfstedt, M., Johansson, M. and Ronne, H. (2009) Rescue and characterization of episomally replicating DNA from the moss Physcomitrella. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 19444-19449.

Eklund, D.M., Thelander, M., Landberg, K., Ståldahl, V., Nilsson, A., Johansson, M., Valsecchi, I., Pederson, E., Kowalczyk, M., Ljung, K., Ronne, H. and Sundberg, E. (2010) Physcomitrella patens homologues of the Arabidopsis thaliana SHI/STY/LRP genes control auxin biosynthesis and affect growth and development in moss. Development 137, 1275-1284.

Nilsson, A., Olsson, T., Ulfstedt, M., Thelander, M. and Ronne, H. (2011) Two novel types of hexokinases in the moss Physcomitrella patens. BMC Plant Biology 11: 32.

Elfving, N., Davoine, C., Benlloch, R., Blomberg, J., Brännström, K., Müller, D., Nilsson, A., Ulfstedt, M., Ronne, H., Wingsle, G., Nilsson, O. and Björklund, S. (2011) The Arabidopsis thaliana Med25 mediator subunit integrates environmental cues to control plant development. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 8245-8250.

Hörnblad, E., Ulfstedt, M., Ronne, H. and Marchant, A. (2013) Partial functional conservation of IRX10 homologs in Physcomitrella patens and Arabidopsis thaliana indicates an evolutionary step contributing to vascular formation in land plants. BMC Plant Biology 13: 3.

Lind C, Dreyer I, López-Sanjurjo EJ, von Meyer K, Ishizaki K, Kohchi T, Lang D, Zhao Y, Kreuzer I, Al-Rasheid KA, Ronne H, Reski R, Zhu JK, Geiger D, Hedrich R (2015) Stomatal guard cells co-opted an ancient ABA-dependent desiccation survival system to regulate stomatal closure. Curr. Biol. 25, 928-935.


Kontaktinformation

Professor Hans Ronne

Institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi
018-673223, hans.ronne@slu.se

Sidansvarig: Hans.Ronne@slu.se