SLU-nyhet

Viktig gen för rotröteresistens i gran identifierad

Publicerad: 15 december 2015 - slu.se

Rotröta på gran är den allvarligaste enskilda förlustfaktorn för svenskt skogsbruk. Pålitliga molekylära markörer för viktiga resistensfaktorer i träden skulle kunna bespara industrin produktionsbortfall i mångmiljonklassen. I en ny avhandling från institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi vid Sveriges lantbruksuniversitet identifierar Miguel Nemesio Gorriz en potentiell sådan markör.

Granen är ett ekonomiskt viktigt träd som ofta angrips av rotticka. Rottickan orsakar både ekologiska och ekonomiska skador. Photo: Cajsa Lithell.

Sverige har alltid dragit nytta av att vara ett skogigt land. Idag omfattar skogsindustrin ca 3% av landets BNP, och skogsprodukter runt 12% av den totala exporten. Denna industri baseras till största delen på gran, Picea abies, som täcker runt 40% av våra skogar. Skogen och granen är således mycket viktiga för svensk ekonomi.

Rotticka, Heterobasidion annosum s.l., är det industrialiserade skogsbrukets största fiende. Svampens sporer gror på nykapade stubbar och växer sig ner i rotsystemet, för att därifrån via rotkontakter spridas till angränsande träd och orsaka röta. Skogsavverkning vintertid, när spormängderna är mindre, i kombination med behandling av stubbytorna omedelbart efter fällning har minskat infektionsspridningen, men trots detta är ungefär 15% av Sveriges alla granar infekterade av denna svamp och andelen ökar ännu, med ca 20% per årtionde.

Förädling en framkomlig väg

Ren skogsskötsel är dock inte den enda metod skogsnäringen skulle kunna utnyttja för att minska effekterna av rottickans framfart. Anledningen till att den infekterade andelen granar är 15% och inte 100%, är nämligen att granen själv gör vad den kan för att hejda inkräktaren. Motståndskraft mot infektionen har i flera studier visat sig vara en genetiskt nedärvd egenskap, som det skulle vara möjligt att förädla gran efter. Idag tar skogsförädlingen endast hänsyn till trädens tillväxt, men det är inte av ointresse för rottickeresistens utan för att det än så länge inte går att göra detta förädlingsarbete effektivt. För detta krävs någon sorts genetisk markör som är förknippad med motståndskraften. Om sådana kunde identifieras, skulle förädlarna enkelt kunna sålla bort alla granar som inte har denna resistensmarkör och därmed skapa populationer med starkare genetisk motståndskraft mot rottickans skadeverkan.

För att konstruera sådana markörer är det emellertid nödvändigt att först ha förståelse för hur interaktionen mellan gran och rotticka ser ut, och vilka av granens gener i denna interaktion som har störst betydelse för förmågan att hantera svampangreppet. Om detta handlar en ny avhandling från institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi på Sveriges lantbruksuniversitet, skriven av Miguel Nemesio Gorriz.

Jasmonsyra ett viktigt signalhormon

"Avhandlingens första studie undersöker betydelsen av två kända signalvägar i gran, som svar på rottickeinfektion", säger Miguel. "Jasmonsyra initierar den ena vägen, som vanligtvis förknippas med växters reaktion på skador och mot nekrotrofer, det vill säga angripare som likt rotticka aktivt dödar värdcellerna för att sedan bryta ner dem. Den andra vägen styrs av salicylsyranivån och är mer förknippad med försvaret mot biotrofer, vilket är angripare som försöker utnyttja värdens ämnesomsättning för eget bruk utan att upptäckas. I flera andra växter kan dessa vägar blockera varandra; om den ena initieras hämmas den andra. Vi studerade detta i gran genom att på konstgjord väg initiera båda vägarna, och jämförde resultatet med försvarsreaktionen under infektion av rotticka. Vi fann då att jasmonsyrevägen tycks vara den viktigaste signalvägen i granförsvaret, men att denna även kan aktivera mekanismer ur salicylsyrevägen."

Miguel menar att denna upptäckt är av stor betydelse för att förstå granens motståndskraft mot rotticka, eftersom respektive signalväg leder till produktionen av en lång rad protein av betydelse för försvaret.

Rotröta (Heterobasidion annosum) är en av de allvarligaste skadegörarna i barrskogar på norra halvklotet. Foto: Jonàs Oliva

Viktig resistensgen identifierad

"Jag har också undersökt betydelsen av ett enskilt försvarsprotein, LAR3" fortsätter Miguel. "I en tidigare studie har vi identifierat områden på granens arvsmassa som tycks ha betydelse för försvaret mot rotticka. Dock vet vi inte säkert vilka gener i dessa områden som står för egenskapen. I en sådan region hittade vi emellertid just en LAR-gen. Det protein denna gen kodar för, leukoanthocyanidinreduktas, ingår i en reaktionskedja som resulterar i att flavanolen catechin bildas. Catechin anses vara kopplat till granens motståndskraft mot flera skadegörare, och vid infektion av rotticka ackumuleras den i gran samtidigt som LAR3 aktiveras. Det är således en stark kandidat i sökandet efter en betydelsefull resistensgen."

För att undersöka detta analyserade Miguel 14 granfamiljer. Baserat på LAR3-lokuset valde han från varje familj en heterozygot individ (som ärvt olika alleler i lokuset från sina föräldrar) och två homozygota (som ärvt samma allel från båda förälderarna). På dessa 42 individer utförde han infektionsförsök och noterade rottickeresistensen. Han undersökte sedan hur LAR3-genen i dessa varierade, och hur väl den variationen stämde överens med den uppmätta resistensen.

"Vi hittade två versioner av LAR3, som vi kallar LAR3A och LAR3B. Det visade sig att homozygoter för 3B och heterozygoter var lika resistenta, och 27% mer resistenta än LAR3A. Alltså är detta lokus av stor vikt för resistensen mot rotticka, och den allel som orsakar störst resistens, 3B, är dominant över den andra, 3A. Emellertid är den faktiska skillnaden mellan 3A och 3B mycket liten; de skiljer sig endast åt i en aminosyra som knappast påverkar proteinets funktion märkbart. Skillnaden i resistens ligger därför sannolikt i hur 3A och 3B regleras. Detta stöds också av att vi kunde se att granar med 3B producerade mer catechin än de med endast 3A. Denna studie gör att LAR3B för närvarande är den bästa tillgängliga molekylära markören för rottickeresistens i gran. En rekommendation till skogsförädlingen vore därför att använda granfamiljer där minst en av föräldrarna är homozygot för LAR3B."

Olika reglering av allelerna

Slutsatsen att det är regleringen av LAR3-lokuset som styr dess resistens ledde in Miguel på de avslutande studierna i avhandlingen. Några av de protein som reglerar aktiviteten av andra gener kallas transkriptionsfaktorer, och Miguel och hans kollegor har studerat flera olika transkriptionsfaktorer som kan reglera aktiviteten av LAR3.

”Bland annat studerade vi ett komplex av transkriptionsfaktorer som reglerar catechinproduktionen i växter. Det här komplexet kallas ibland MBW, där M:et står för MYB. Man har känt till i några år att det finns många olika MYB-transkriptionsfaktorer i gran, men vi kunde nu konstatera att granen har alla tre komponenterna (M, B och W) som krävs för att bilda MBW-komplexet och att granproteinerna interagerar med varandra precis så som man kan förvänta sig” säger Miguel. ”Vi överuttryckte några MYB i gran och det som är riktigt intressant är att olika MYB transkriptionsfaktorer tycks reglera olika gener i flavanoid-produktionen, däribland LAR3,” fortsätter han. ”Detta tyder på att variationer i MBW-komplexet skulle kunna påverka vilka flavanoider, och mängderna av catechin, som bildas och därmed granens förmåga att hantera rottickeangrepp."

En grupp transkriptionsfaktorer som visat sig viktig för att kontrollera försvarsmekanismerna mot nekrotrofer i andra växter kallas NAC. "Vi upptäckte att genen för en av dessa, PaNAC03, är signifikant uppreglerad under rottickeinfektion", säger Miguel. "När denna gen överuttrycks i gran, sjunker catechinnivåerna jämfört med i våra kontroller. Denna minskning beror dock inte på interaktionen mellan PaNAC03 och LAR3 eftersom PaNAC03 faktiskt har förmåga att aktivera LAR3A. Vi tror att de minskade catechinnivåerna istället beror på att PaNAC03's överuttryck påverkar uttrycket av andra viktiga transkriptionsfaktorer som kontrollerar flavanoid-produktionen i gran. Vi kommer att jobba vidare med det här för att öka kunskapen om den genetiska kontrollen av flavanoid-produktionen i gran.”


Kontaktinformation