Forskare kartlägger aspgenernas årscykel och skapar en genetisk färdplan över säsongerna

När dagarna blir kortare och nätterna kallare börjar de första gula löven att synas. Lövträd som asp anpassar sin tillväxtcykel efter årstidernas förändringar. Styrda av temperatur, ljus och dagslängd bildar de knoppar på hösten, går in i viloläge under vintern och vaknar till liv igen på våren, innan den mest intensiva tillväxtfasen tar vid under sommaren. För att kunna studera denna cykel i laboratoriet simulerar forskarna årstidernas skiftningar genom att justera ljusförhållanden och temperatur. Men hur väl speglar dessa konstgjorda förhållanden det som faktiskt sker i naturen?

- Vi ville förstå vilka gener som är aktiva i asp som växer utomhus året runt och hur detta kan jämföras med träd som odlas under kontrollerade förhållanden i växthus, förklarar Ove Nilsson, som ledde studien. 

- Genom att jämföra de kontrollerade inomhusmiljöerna med den mer varierande utomhusmiljön kunde vi identifiera vilka gener som aktiveras vid olika tidpunkter under året och vilka miljöfaktorer som påverkar dem. 

En genetisk karta över årets gång

Under ett års tid samlade forskarteamet varje månad in prover från aspträd som växer på Umeå universitets campus. Dessa kompletterades med prover från olika laboratorieexperiment. Totalt analyserades genaktivitet i över 200 prover, en datamängd som var mycket omfattande. Med hjälp av bioinformatikern Torgeir R. Hvidsten från Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU) skapades en detaljerad karta över vilka gener som är aktiva under olika delar av året och hur dessa skiljer sig mellan träd som vuxit utomhus och inomhus. 

- Vi blev glada över att se att många av de viktiga säsongsförändringarna faktiskt återspeglas i våra inomhusdata från kontrollerade experiment, säger Ove Nilsson. 

- Samtidigt finns det en stor grupp gener som uttrycks specifikt under utomhusförhållanden och som vi missar i våra laboratorieexperiment. Vi tror att dessa gener kan vara kopplade till reaktioner på patogener eller ogynnsamma tillväxtförhållanden, som torka.

En app som öppnar upp för vidare forskning

Uppmuntrade av resultaten tog Ove Nilssons team ytterligare ett steg och utvecklade en databas och en app som gör forskningsdata tillgängliga för andra. Nu kan växtforskare enkelt undersöka när specifika gener är aktiva under året och under olika miljöförhållanden. Appen visar också vilka gener som uppvisar liknande aktivitetsmönster, vilket kan hjälpa forskare att förstå hur gener samverkar eller påverkar varandra. Forskargruppen planerar själv att fortsätta arbeta med dataset med särksilt fokus på sina favoritgener, gener som styr tidpunkten för knoppbildning och knoppbrytning hos asp.

- Studien visar att resultat från kontrollerade inomhusförsök är relevanta, men också att de har sina begränsningar när det gäller att spegla vad som faktiskt sker i naturen, avslutar Ove Nilsson. 

- Det tog flera år att samla in allt, och drivkrafterna bakom analysen har varit min tidigare doktorand Alice Marcon, som nyligen disputerade, och min nuvarande doktorand Laura García Romañach, som har utvecklat appen.