Sveriges lantbruksuniversitet
Swedish University of Agricultural Sciences
Sveriges lantbruksuniversitet
Swedish University of Agricultural Sciences

Institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi

Sveriges lantbruksuniversitet
Swedish University of Agricultural Sciences

2016-01-25

Potentiellt viktigt proteinkomplex för igenkänning av rotticka hittat i gran

Granens allvarligaste mikrobiella fiende är, åtminstone ur skogsbrukets synvinkel, rottickan. Ett centralt steg i interaktionen mellan träd och svamp är växtcellens igenkänning av inkräktaren och mobilisering av försvarsreaktionerna. I en ny studie från institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi vid Sveriges lantbruksuniversitet och University of Alabama undersöks om ett från många andra håll känt proteinkomplex för sådan signalering även finns i gran, och om det i så fall är involverat i reaktionen mot rottickeangrepp.

En träplugg med skadesvampen rotticka placerad i skadad bark av gran. Granen känner igen svampen som en fientlig organism och ökar produktionen av G-proteiner. Foto: Kerstin Dalman.

 Växtceller kan mycket snabbt reagera på stimuli innanför eller utanför cellväggen och på olika sätt förändras för att anpassas till nya omständigheter, som exempelvis närvaron av en fientlig organism. Anpassningen består vanligtvis av förändringar i genuttryck, vilket leder till exempelvis förstärkta cellväggar, signalämnen som utsöndras för att varna andra celler eller pumpar som förankras i cellmembranet för att avlägsna toxiska substanser. Processen från att någon sorts främmande struktur identifierats till att genuttrycket ändrats är komplicerad och sker i flera steg, varav många ännu är okända. I många fall, hos såväl växter som svampar och djur, utgörs ett sådant steg av ett särskilt proteinkomplex som kallas heterotrimera G-proteiner.

Komplexet består av tre olika komponenter (Gα, Gβ och Gγ), därav namnet heterotrimera, som tillsammans kontrollerar ett stort antal cellmekanismer. Komplexets funktionalitet initieras genom en förändring i Gα-komponenten, som då separerar från Gβ-Gγ-dimeren. Signalvägen fram till cellresponsen utgår sedan från antingen Gα eller Gβ-Gγ-komponenterna. Bland dessa responser kan nämnas cellväggssammansättning, öppning och stängning av klyvöppningar, olika hormonella svar, och reaktion mot olika former av angripare. Med så många vitt skilda uppgifter, är det nödvändigt att komplexet kan anta många varierande former. Hos växter förmodas denna variation ligga i Gγ-komponenten eftersom de andra två i regel endast representeras av varsin gen, medan Gγ-generna vanligtvis är tre som dessutom har stor inbördes variation.

Okänd roll i barrträd

Det arbete som hittills gjorts på G-proteinkomplex i växter har nästan enbart gjorts på ettåriga arter. Det finns dock anledning att tro att systemet även förekommer i perenner, såsom träd. Under ett långt liv utsätts trädet för otaliga abiotiska (torka, värme, kyla et c) och biotiska (fientliga eller störande organismer) stressfaktorer som det oavbrutet måste reagera på. En snabb, funktionellt specifik men samtidigt potentiellt mångsidig regulator som G-proteinskomplexet kan därför vara livsnödvändig. Ändå vet vi inte mycket om dess förekomst i barrträd. En studie från institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi vid Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) och från University of Alabama (UAB) försöker emellertid sprida ljus över förekomsten av heterotrimera G-proteiner i den vanliga svenska granen, Picea abies, och dess familj Pinaceae. Studien har utförts av bland andra Sophie de Vries och docent Malin Elfstrand.

"Nyligen publicerades granens hela genom av en annan forskargrupp från SLU”, säger Sophie de Vries. ”Genom att studera detta och jämföra det med uttrycksdata, RNA, kunde vi konstatera att gran har åtminstone en gen vardera för Gα och Gβ-komponenterna, och ytterligare fyra för den mer variabla Gγ. Detta överensstämmer även med situationen i andra medlemmar i Pinaceae-familjen, som sitka- och vitgran, och loblollytall, även om de två sistnämnda endast har tre Gγ-gener. Dessa gener är väl konserverade inom Pinaceae-familjen, dvs varierar inte mycket mellan arterna. Detta beror antagligen på att barrträdens långa liv och stora populationer ger dem en lägre evolutionshastighet än exempelvis jordbruksgrödor.”

Ett angrepp på en granplanta efter inokulering med rotticka. Foto: Kerstin Dalman.

Unik gen i barrträd

Forskarna från SLU och UAB hittade en ny sorts Gγ-gen, PaGG2, som verkar vara unik för barrträd. Det nyupptäckta Gγ-proteinet tycks också interagera annorlunda med de övriga delarna av komplexet. Den förefaller inte bilda en dimer med Gβ-komponenten, men däremot kunna samspela med Gα på samma sätt som de andra Gγ-proteinerna.

"När vi konstaterat att generna finns, var nästa steg att mäta uttrycksnivåerna för att få en första indikation på deras funktion”, fortsätter Sophie de Vries. ”Vi undersökte RNA från mycket unga fröplantor och kunde se att samtliga dessa gener, utom Gγ-genen PaGG3, uttrycktes högre i rötterna jämfört med i kotyledonerna, gröndelarna.”

Sophie de Vries och hennes kollegor jämförde sedan detta resultat med uttrycksnivåerna under simulering av olika typer av stress, nämligen vävnadsskada och behandling med försvarssignalhormonerna metyljasmonat och abscisinsyra, respektive med den starkt patogena nekrotrofen rotticka. Varken skadan eller hormonbehandlingen gav någon effekt på uttrycket av G-generna. 

Uppreglering under infektion

”Det gjorde däremot behandlingen med rotticka” säger Sophie. ”I rötterna ökade uttrycket av Gα, Gβ och två av Gγ-generna. En av de sistnämnda, PaGG3, uppreglerades dessutom även i kotyledonerna. Den barrträdsspecifika Gγ-genen PaGG2, påverkades däremot inte av rottickebehandlingen, vilket gör dess funktion i komplexet ännu mer oklar.

Avslutningsvis undersöktes även uttrycksnivåerna vid rottickeinfektion i bark på 4-åriga plantor, och jämfördes med motsvarande behandling med en vednedbrytande svamp utan patogena egenskaper. Forskarna kunde då se att Gα-genen och en av Gγ-generna, PaGG1, inducerades av rottickan, men inte av den vedlevande svampen.

Docent Malin Elfstrand sammanfattar studien. ”Gran och andra medlemmar av Pinaceae har ett fullständigt heterotrimert G-proteinkomplexet, inklusive ett unikt Gγ-protein, som inte verkar samspela med det övriga komplexet på samma sätt som andra Gγ-proteiner. Detta väcker nya frågor om hur gran och andra barrträd utnyttjar G-proteinkomplexet. Uttrycksstudier visar också att granens G-gener uttrycks konstitutivt i hela växten men i högre grad i rötterna, och att uttrycket påverkas av specifika störningar som exempelvis infektion av rotticka, vilket tyder på att G-proteinkomplexet spelar en central roll i granens igenkännande av patogener. Detta kan vara en viktig upptäckt i våra försök att till fullo förstå interaktionen mellan granen och dess skadegörare.”

Läs mer

Kontakt

malin.elfstrand@slu.se

Publicerat av: marten.lind@slu.se
 

Sök bland nyheter

Från datum:
dag månad år

Till datum:
dag månad år

Ange ett sökord:


SLU, Sveriges lantbruksuniversitet, har verksamhet över hela Sverige. Huvudorter är Alnarp, Uppsala och Umeå.
Tel: 018-67 10 00 • Fax: 018-67 20 00 • Org nr: 202100-2817 • Om webbplatsen