Variant av resistensgen kan bli vapen i kampen mot rottickan

Längs grusvägen närheten av ett nytt kalhygge ligger travarna med stockar och väntar på timmerbilen; en bild snart sagt alla svenskar är bekanta med. Vad lika många har sett, men kanske inte reflekterat över, är att det ofta finns två travar. En stor, med friska sågytor av färsk ved, och en mindre, där sågytorna har bruna missfärgningar eller stora ruttna hål rakt in i stocken. En mindre hög visserligen, men ändå betydligt större än vad skogsägaren skulle önska. Denna hög innehåller nämligen nästan uteslutande stockar rötade av rotticka, Heterobasidion annosum, svensk skogsindustris största gissel. Denna svamp återfinns i runt 15 % av landets avverkade granar och gör rotstocken värdelös som timmer. Rottickan infekterar färska stubbytor och vandrar sedan ner i rotsystemet, för att via rotkontakter sedan ta sig upp i angränsande, friska träd och röta dem från insidan. Ofta märks inte skadan förrän trädet fälls.

Träden är dock inte hjälplösa, utan försvarar sig mot svampangreppen efter bästa förmåga. Detta sker på många sätt samtidigt, bland annat genom att kemiskt förgifta miljön för svampen och genom att attackera svampen självt med exempelvis cellväggsnedbrytande enzymer. Den totala motståndskraften är kvantitativ; det vill säga, aldrig vare sig obefintlig eller total, utan utspridd över en gradient där några träd är mycket känsliga, några mycket resistenta, och de allra flesta någonstans däremellan. Resistensen är dessutom genetiskt betingad, vilket gör att avkomman till motståndskraftiga träd också kan förmodas vara motståndskraftiga.

Varianter av resistensgen

Detta gör att det för en granskogsägare vore synnerligen intressant att på ett tidigt stadium kunna identifiera särskilt motståndskraftiga individer, exempelvis via DNA-analys. Ett viktigt steg mot detta mål togs 2014, då forskare från bland annat institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi vid SLU lyckades identifiera ett antal områden i granens arvsmassa som betydelsefulla för motståndskraften mot tillväxt av rotticka i trädets ved. Ett av dessa områden innehöll en gen som kallas PaLAR3, vars slutprodukt, flavonoiden catechin, tidigare sammankopplats med motståndskraft mot olika skadegörare och sjukdomar i gran. Bland annat har man under infektionsförsök med rotticka sett att särskilt resistenta granar både uttrycker PaLAR3 starkare och producerar mer catechin än de mindre resistenta. I en ny artikel från samma institution har denna gens betydelse för rottickeresistensen undersökts närmare.

Miguel Nemesio-Gorriz är artikelns huvudförfattare. ”Studiens huvudsakliga fokus har varit att ta reda på om det finns olika varianter, alleler, av denna gen hos gran, och om i så fall dessa varianter bidrar olika till rottickeresistensen”, säger han. ”Med DNA-analyser undersökte vi 773 individer från fyra nordeuropeiska populationer och fann då två dominerande alleler, PaLAR3a och PaLAR3b. PaLAR3a var ungefär fyra gånger vanligare än PaLAR3b i alla populationerna.”

Eftersom granen har två kopior av varje kromosom, kan varje individ vara antingen heterozygot (olika alleler på kromosomerna, PaLAR3a/PaLAR3b) eller homozygot (samma allel på båda, PaLAR3a/PaLAR3a eller PaLAR3b/PaLAR3b) för den aktuella genen. För att undersöka genens betydelse, samlade Miguel och hans kollegor in sammanlagt 42 individer, 14 var av de tre möjliga genotyperna, och genomförde infektionsförsök med rotticka på dem, där svampens tillväxthastighet i granveden uppmättes.

Stor skillnad i motståndskraft

”Det visade sig att 3a/3b-heterozygoterna och 3b/3b-homozygoterna var i genomsnitt 27 % mindre mottagliga för rottickeinfektion än 3a/3a-homozygoterna”, säger Miguel. ”Alltså är 3b-allelen dels dominant över 3a, och dels betydelsefull för motståndskraften. Vi mätte också mängden av PaLARs slutprodukt, catechin, och kunde se att det fanns i högre halter i 3b/3b-homozygoterna än i 3a/3a. För att illustrera betydelsen av detta odlade vi svampen på medium berikat med motsvarande halter av catechin. Det visade sig då att svampen växte ungefär hälften så fort när koncentrationen motsvarade 3a/3a som den gjorde i helt catechinfri miljö, men dubbelt så fort som när halten catechin var lika hög som i 3b/3b. Detta stärker slutsatsen att de högre catechinnivåer som PaLAR3b-allelen ger gör träden mer motståndskraftiga.”

Miguel och hans kollegor gick sedan vidare med att studera skillnaderna mellan de två allelerna, för att utröna den bakomliggande orsaken till den större motståndskraften i 3b-varianten.

”Vi kunde se att skillnaden i sekvens mellan allelerna var mycket liten, och vi har ingen anledning att tro att den innebär någon skillnad i egenskap hos proteinet de kodar för. Det verkar därför troligt att den större motståndskraften hos PaLAR3b enbart härrör från skillnader i uttrycksnivåer, det vill säga hur aktivt respektive allel utnyttjas.”

Uttrycksnivåerna avgörande

För att gå till botten med den saken infekterade forskarna de 14 3a/3b-heterozygoterna med rotticka, och mätte uttrycket av båda allelerna. Det visade sig då att 3b-allelen uttrycktes sju gånger högre än 3a. En viktig faktor för en gens uttrycksnivåer är dess så kallade promotorsekvens, vilket är ett område i anslutning till genen till vilket de transkriptionsfaktorer som sedan utför själva uttrycket binder. Vilka dessa faktorer är påverkar genens slutliga uttrycksnivå, varför olika promotorsekvenser har stor inverkan på hur aktiva generna är. Docent Malin Elfstrand är en annan av artikelns författare.

”Vi jämförde promotorsekvenserna för de båda allelerna, och hittade tydliga skillnader”, säger Malin. ”Mer specifikt har PaLAR3a tre sektioner av ett visst område i sin promotor, medan PaLAR3b bara har en. Detta påverkar vilka transkriptionsfaktorer som kan binda dit, och därmed de slutliga uttrycksnivåerna. Vi tror att det är denna skillnad i promotorsekvens som gör att träd med PaLAR3b-allelen är mer motståndskraftiga mot rottickeinfektioner än de med PaLAR3a-allelen. Det finns alltså anledning att tänka sig att denna sekvens skulle kunna utgöra en bra molekylär markör för skogsförädlare som vill sålla bort 3a/3a-homozygoter från sina populationer.”