Knockade gener i muddermossa avslöjar växters energitermostat
Genom att knocka två gener i muddermossa, har Mattias Thelander vid SLU, visat att ett enzym (Snf1/AMPK) som styr energianvändning i djur och svampar också är viktigt för växters anpassning till begränsad energitillgång. Enzymet tycks fungera som en central termostat för energianvändning i alla högre organismer. I sin avhandling har han även visat att en variant av enzymet hexokinas i växternas kloroplaster är viktigare än man tidigare insett.
Alla levande organismer anpassar sin tillväxt och utveckling efter tillgången på energi. Med hjälp av fotosyntesen kan växter omvandla ljusenergi till kemiskt bunden energi i form av kolhydrater. En växtcells energistatus känns delvis av via tillgången på dessa kolhydrater och andra lagringsprodukter. Mekanismerna för hur detta går till är delvis okända, men ser ut att involvera evolutionärt konserverade gener. Dessa gener kodar för proteiner med liknande funktioner även i djur och svampar. För att bättre förstå hur växtceller känner av och anpassar sig till sin energistatus, har Mattias Thelander studerat sådana gener i muddermossa (Physcomitrella patens). Arten är unik bland växter eftersom den är extremt bra lämpad för metoden “omvänd genetik”. Denna metod går ut på att en specifik gen knockas (slås ut) vilket leder till effekter på mossan som kan avslöja funktionen på genen och dess produkt.
Mattias Thelander har tillsammans med sina kollegor vid institutionen för växbiologi och skogsgenetik vid SLU, identifierat två närbesläktade gener i muddermossa. Dessa kodar för Snf1-relaterade kinaser, som tros ha en likartad funktion i alla växter, djur och svampar, och som aktiveras vid låg energistatus för att hjälpa cellerna att anpassa sig till begränsad energitillgång. När endera mossgenen knockas förblir mossan opåverkad, men i en dubbelmutant där båda generna knockats, uppstår kraftiga störningar. Det innebär att generna tillsammans har en viktig funktion. Dubbelmutanten beter sig som om den hade obegränsad tillgång till energi, vilket kan förklaras av att den inte längre kan känna av och anpassa sig till begränsningar i energitillgången. I enlighet med detta visade det sig att dubbelmutanten kräver konstant högt ljus för överlevnad och därför inte kan växa under en normal dygnscykel.
Ytterligare en gen i muddermossa har identifierats som kodar för hexokinas, ett enzym som krävs för att organismer ska kunna tillgodogöra sig glukos och fruktos. Genom att sammanfoga detta enzym med ett fluorescerande protein kunde Thelander visa att hexokinaset är lokaliserat till kloroplasterna. Det är i cellens kloroplaster som fotosyntesen sker. När genen knockas, får mossan svårare att tillgodogöra sig energi. Detta leder i sin tur till reducerad tillväxt och störningar i den normala utvecklingen. Det här visar att kloroplastlokaliserade hexokinaser, som verkar finnas hos alla växter men som tidigare inte studerats, är viktigare än man tidigare har insett.
Biolog Mattias Thelander vid institutionen för växtbiologi och skogsgenetik, SLU, försvarar fredagen den 5 december kl. 09.15 sin avhandling Studies of molecular mechanisms integrating carbon metabolism and growth in plants. Opponent är Dr Nigel G. Halford, Crop Performance and Improvement, Rothamsted Research, Harpenden, Hertfordshire, England
Plats: Aulan, Genetikcentrum, Ultuna, Uppsala.
Kontaktinformation
Mattias Thelander tel. 018 – 67 33 11
E-post: Mattias.Thelander@vbsg.slu.se
