Höstlövens gener kartlagda

Ett av de mest storslagna skådespelen som utspelas varje år i naturen är när träden får sina höstfärger. Sedan länge har forskarna vetat att färgerna uppstår när det gröna pigmentet klorofyll bryts ned men de gula karotenoiderna blir kvar samtidigt som röda antocyaninier bildas. Denna process styrs, som alla andra i en levande organism, av gener. Vissa gener ser till att processen startar i rätt tid, andra ser till att klorofyllet och en mängd andra av bladens beståndsdelar bryts ned och att andra bildas, t ex antocyaniner. Trots att detta är en process som fascinerat människor i alla tider har molekylärbiologer tidigare inte ägnat processen något som helst intresse och ingen har hittills känt till en enda gen som deltar i processen. Nu har forskare vid Umeå universitet och på Kungliga Tekniska Högskolan som studerar asp slagit till och presenterar över 2 400 gener som uttrycks i höstlöv. Man har med hjälp av s k EST-sekvensering fått fram
5 128 bitar gensekvens, som visade sig höra till 2 407 olika gener, som alla uttrycktes den 14 september 1999 i bladen på en asp som växer vid Umeå universitet.

Det kan synas märkligt att ingen tidigare studerat gener i höstlöv när så många andra processer i studerats in i minsta detalj.
– Det tyckte vi också, berättar Stefan Jansson, professor vid Umeå Universitet, och därför bestämde vi oss för att ändra på saken. Trots att det finns tiotusentals växtmolekylärbiologiforskare i världen studerar så gott som alla ettåriga växter som ris, potatis, tomater, majs, raps och framför allt backtrav, växtforskarnas favoritart. Ettåriga växter genomgår inte samma process på hösten eftersom vitsen med den är att återvinna näringsämnena i bladen för att kunna använda dem igen i nästa års blad och ettåriga växter lever ju, som bekant, bara ett år.
De svenska forskarna är emellertid pionjärer inom genforskning på träd, och är därför väl skickade att ta sig an denna frågeställning.

Återvinningen av bladets beståndsdelar måste ske innan hård frost dödar bladens celler, sen kan inget mer hända än att bladen faller av. Växterna kan förstås inte veta vilken temperatur det skall bli nästa vecka och går därför efter almanackan när processen ska sättas igång. De känner helt enkelt av hur lång natten är och när nattlängden överstiger ett kritiskt värde startar processen. Det går bra för det mesta men vissa år, som hösten 2002 i färskt minne, då snön och kylan kommer osedvanligt tidigt har processen inte hunnit fullbordats. Björkarna i norra Sverige stod då med gröna blad i snön som kom första helgen i oktober. Den inre kalendern skiljer sig något mellan de björkar som finns naturligt, det kan man se om man studerar “vilda” björkar i skogen, men de som verkligen har problem är björkar som kommer söderifrån. De är nämligen genetiskt programmerade att hösten kommer mycket senare. De flesta av dessa importbjörkar har vid det här laget ljutit kölddöden, en del har dock klarat sig men ser ofta mer ut som fjällbjörkar, d v s krokiga och knotiga, ett resultat av frostskador.

Trots att forskarna identifierat 2407 gener som alla har någon funktion i höstlöven vet man ännu inte vilken eller vilka gener som verkligen styr processen.
– Många av dessa gener har naturligtvis en funktion under andra tider av året och i andra delar av trädet, men vi presenterar även en lista på 35 gener som man inte hittat uttryckta någon annanstans, förutom i stor mängd i höstlöv, berättar Stefan Jansson.
Målet för forskningen är naturligtvis att förstå hur det hela går till och för att göra detta studerar man nu när alla dessa gener slås på och av under hösten.

Kan denna forskning, förutom att ge förståelse för ett fascinerande fenomen, få någon praktisk betydelse? Ja, om man begriper vad som styr när löven gulnar på hösten kan man identifiera de träd som har en optimal “kalender” för olika klimatzoner, d v s som inte gulnar för sent och därmed kanske förlorar näringsämnen och får frostskador, eller som gulnar för tidigt och därmed slutar växa för tidigt på hösten. I en framtid bli det säkert möjligt att med genteknik skapa träd som har en annan inre kalender än den “naturliga”, men om vi skulle vilja odla t ex genförändrade persikor som klarar sig i norra Sverige är en annan fråga.

Uppsatsen som heter “Gene expression in autumn leaves” publiceras i det senaste numret av tidskriften Plant Physiology och författare är Rupali Bhalerao (UmU) Johanna Keskitalo (UmU), Fredrik Sterky (KTH), Rikard Erlandsson (KTH), Harry Björkbacka (UmU), Simon Jonsson Birve (UmU), Jan Karlsson (UmU), Per Gardeström (UmU), Petter Gustafsson (UmU), Joakim Lundeberg (KTH) och Stefan Jansson (UmU).

Kontaktinformation
För ytterligare information, kontakta:
Stefan Jansson, professor vid institutionen för fysiologisk botanik
Telefon: 090- 786 53 54, 070 – 677 23 31
E-post: Stefan.Jansson@plantphys.umu.se