Gentekniken öppnar nya vägar

Senast ändrad: 25 oktober 2018
Nathaniel300x300ParFornling.jpg

Med hjälp av genteknikens nya verktyg kartlägger Nathaniel Street en ny värld i marken, kring trädens rötter. Tack vare ny teknik vet forskarna nu att det finns tusentals olika arter av svampar och bakterier i marken. Genom att förstå samspelet mellan dessa och trädens rötter går det kanske att ta vara på alla goda krafter och öka trädens växtkraft. Försök är även på gång med att ge tallfrön en bra start med hjälpsamma svampar.

Text & foto: Pär Fornling

Nathaniel gillar att fördjupa sig i komplicerade samband och att hitta mönster i det som vid första anblicken framstår som ett obegripligt virrvarr. Han har med andra ord hamnat helt rätt i rollen som forskare på UPSC (Umeå Plant Science Centre) som tillhör världsledarna inom skogsbioteknik.

Hans forskning delas i princip mellan två områden:

• Att kartlägga och förstå samspelet mellan svampar och bakterier och hur dessa interagerar med skogsträden. För inte så länge sedan räknades arterna i tiotal, nu är man på gång att upptäcka tusentals arter.

• Att kartlägga och bättre förstå granens arvsmassa och framför allt det komplexa sambandet mellan olika gener som ger trädet dess egenskaper.

I bägge fallen får han fullt utlopp för intresset att bringa ordning i svåröverskådliga mönster. Och helt följdriktigt trivs Nathaniel utmärkt med sitt arbete. Dessutom gillar han naturen och skogen kring Umeå.

Det var kombinationen friluftsliv och viljan av att veta hur saker och ting fungerar som ledde honom vidare mot skoglig genetik. Hemma i Dorset, grevskapet i sydvästra England, funderade Nathaniel över naturens samband under sina många och långa vandringar längs kusten. Vid längre ledigheter åkte han gärna norrut för bergsklättring. Med det hängivna naturintresset var biologin ett självklart val i skolan. Inriktningen stod och vägde mellan djur och växter. Till slut blev det växter, vilka ger större utrymme för experiment.

Han doktorerade år 2006 vid universitetet i Southampton. I arbetet med avhandlingen identifierade han de genetiska skillnaderna mellan två olika typer av poppelkloner. Den ena är väldigt känslig för torka medan den andra står emot torka väl. Den intressanta tanken var förstås att via genteknik ta fram torkresistenta individer, men så långt fördes inte forskningen. Däremot fortsatte Nathaniel att arbeta med poppel på ett mer handfast sätt. Han blev rådgivare i ett engelskt projekt för att driva upp poppel till bioenergi.

– Det var roligt och fascinerande att arbeta med hela vägen från odling av poppel till besök i väldiga värmeverk där flisen eldades. Men mitt intresse var ändå att fördjupa mig i forskning. Både under arbetet med min doktorsavhandling och i energiprojektet kom jag i kontakt med Sverige. När Stefan Jansson på UPSC erbjöd mig komma hit som forskare var det ett ganska lätt vägval. Det här passar mig utmärkt, säger Nathaniel.

Han kom till Umeå år 2007 i en brytningstid. Genom DNA-sekvensering hade forskarna fått ett verktyg för att identifiera mikroskopiska svampar och bakterier på ett helt nytt sätt. Jämförelser av gensekvenser visade på en artflora i jorden som är oändligt mer mångfacetterad än vad forskarna antog för några årtionden sedan.

– För 20 år sedan fanns det några tiotals kända arter, för tio år sedan ett hundratal. Nu vet vi, tack vare möjligheten med snabb gensekvensering, att det handlar om tusentals. Vi identifierar dem och ger dem ett namn som för enkelhetens skull är ett nummer till att börja med. För ett riktigt namn behövs mer bakgrundsinformation. Vi vet att de existerar. Därefter återstår att förstå vad de gör, och inte minst hur de samverkar med varandra, säger Nathaniel.

Att trädens rötter lever i symbios med vissa svamparter via mykorrhiza (strukturer som bildas mellan rötterna och svampens mycel), till ömsesidig nytta för trädet och svamparna, är välkänt sedan länge. Nu visar det sig att samspelet är väldigt komplext.

Förutom skillnader i den mikrobiella sammansättningen i symbiosen mellan gran, tall och andra trädarter finns även geografiska skillnader. Den mikrobiella sammansättningen i en granskog i norra Sverige förväntas vara annorlunda mot i en granskog längre söderut, något som Nathaniel ska titta närmre på nästa år.

Nu samlar han in material från bestånd av gran och tall från stora fältförsök i Vindeln utanför Umeå. Från jord- och rotproverna extraheras DNA för sekvensering på ett externt laboratorium. Därefter återstår ett mödosamt arbete framför datorn.

- I Sverige ligger vi väldigt långt framme när det gäller arbetet med barrskog, men vi är förstås inte ensamma i världen. Helt säkert händer det att en och samma svamp kartläggs på flera forskningscentra. Nu är det något av en pionjärfas. I nästa steg ser jag framför mig att vi kommer att arbeta mer tillsammans, jämföra resultat och dra slutsatser, säger Nathaniel.

Många bakterier och svampar bidrar med kväve till trädet och gynnar dess tillväxt, men det finns också de som drar åt andra hållet. Tricket är att skilja dem åt. Ett sätt att dra praktisk nytta av de gynnsamma svampar som forskarna identifierar skulle kunna vara att inokulera (ympa in) dessa svampar redan vid plantering.

I ett angränsande projekt med kopplingar till SLU utvecklas en smått revolutionerande "frö-kudde" (seed-pad) av företaget SweeTree Nutrition. Det är en liten platta som innehåller förädlat tallfrö och en speciell sorts långtidsverkande gödselmedel. Plattan har förmågan att dra till sig vatten och ger bra förutsättningar för fröet att etablera sig i fält. I Nathaniels forskningsgrupp studeras nu vilka svampar som etablerar kontakt med fröplantan.

Ett annat konkret resultat av forskningen kan vara att använda analyser från jorden för att övervaka miljöförändringar. Det rika livet av svampar och bakterier hänger direkt ihop med vegetationen och mångfalden av träd och växtlighet.

– Ännu så länge är vi bara i lärofasen av att kartlägga och förstå sambanden mellan träd, bakterier och svampar. De närmsta tio åren kommer vi att lära oss jättemycket. Det som händer i jorden kommer att bli en faktor att räkna med vid föryngring av skog, förutser Nathaniel.

Forskarna vid UPSC var först med att kartlägga granens enorma arvsmassa (sju gånger större än människans).

– Även om allt är kartlagt pågår ett gigantiskt pussel med ett koppla ihop alla DNA-sekvenser till långa sammanhängande strängar. Målet är att få kompletta DNA-sekvenser till var och en av granens 12 kromosomer. Med tanke på att det kanske handlar om en miljon bitar i pusslet är det ett väldigt arbete, men vi är på god väg, berättar Nathaniel.

När helheten börjar falla på plats är nästa utmaning att förstå hur generna interagerar. Nathaniel har studerat vilka gener som styr bladformen hos aspar. Ur skogsbrukets synvinkel har förstås lövens utseende ingen större betydelse, men aspar är tacksamma att arbeta med och när man förstår hur det hänger ihop finns en språngbräda att gå vidare till andra funktioner. Inte minst det genetiska samspelet som styr tillväxten.

– Bladformen bestäms av hundratals olika gener och en del gener tycks ha större betydelse för formen än andra. Nu håller vi på att hitta skillnader och samband vilket är ett väldigt spännande arbete. Med kunskapen kan man gå vidare mot genmodifierade träd, men det kan också vara ett redskap vid konventionell växtförädling. Eftersom träd växer relativt långsamt tar det lång tid att förädla fram nya generationer. Först ska man invänta blomningen, så ska korsningen utvärderas, vilket tillsammans tar många år. När vi med hjälp av genetiska markörer vet hur önskvärda anlag ser ut kan vi på ett mycket tidigare stadium välja ut framtidsträden, konstaterar Nathaniel Street, forskare inom TC4F.


Kontaktinformation

Nathaniel Street, Assistant professor
Institutionen för växtfysiologi, UPSC, Umeå universitet
nathaniel.street@umu.se, 090-786 54 73

Sidansvarig: anke.carius@umu.se