Nya insikter om växters långtidsminne

Många växter måste gå igenom en längre period av kyla för att gå i blom – de måste ”vernaliseras”. Det är detta som gör att morötter och rödbetor inte sätter frö det år de sås, och att höstvete sås på hösten men går i ax först nästa år. Nu kommer rön från SLU om de genetiska mekanismer som styr växternas långtidsminne, och ser till att erfarenheter av kyla bevaras även i de nya celler som bildas i växten.

Vernalisering är en viktig process för många jordbruksgrödor och trädgårdsväxter, men också för många ogräs. För växter som gror på hösten är det oftast en god strategi att bygga upp ett näringsförråd innan vintern sätter in, och skjuta upp blomning och frösättning till nästa växtsäsong. Andra växter, som rödbetan, gror på våren och ägnar hela växtsäsongen åt att lagra näring i rötter för att få en extra kraftig frösättning året efter. Hos dessa växter finns en “spärr” som gör att de måste utsättas för en längre period av kyla för att kunna gå i blom. Denna spärr är genetiskt betingad, och vad kylan gör är att förändra hur DNA:t är ihopvirat, och därmed vilka gener som är aktiva.

Vernalisering bygger på att växten har ett mycket långvarigt minne av att tidigare ha utsatts för låga temperaturer, och involverar ett cellulärt minnessystem av en typ som även används i andra processer hos både växter och djur. När Lars Hennig och hans kollegor studerade mekanismerna bakom växtcellers minnesfunktioner på molekylnivå fann de ett protein (MSI1) som har en viktig funktion för vernalisering hos växten backtrav.

Det centrala i studien är dock att det för första gången presenteras en mekanism som kan förklara hur det cellulära minnet kan överföras till nya celler vid celldelningar. Kortfattat innebär systemet att kyla leder till att ett proteinkomplex som kallas PRC2 modifierar kromatinet (de strukturer som cellens DNA är packat i) vid gener som reglerar blomning. Det förväntade vore att hälften av dessa modifieringar skulle försvinna vid varje celldelning, men det är inte vad som sker inuti cellerna och forskarna visar att det finns ett särskilt protein (LHP1) som lotsar PRC2 till rätt plats.

Parallell till minnesfunktioner hos däggdjur
Kort efter det att artikeln publicerades dök det av en ren tillfällighet upp en annan artikel som visar att människans motsvarighet till genen MSI1 är kopplad till minnesfunktioner i hjärnan hos däggdjur. I studier som inbegrep människor och möss visade det sig att nivåerna av proteinet RbAp48 sjunker med stigande ålder, och att detta kan kopplas till en försämrad minnesförmåga. Det visade sig också att upprätthållna nivåer av detta protein fördröjer åldersrelaterade minnesförsämringar hos möss.

– Detta har väckt stor uppmärksamhet, av uppenbara skäl, säger Lars Hennig.

För närvarande finns det ingen kunskap om de molekylära mekanismer som styr effekterna hos däggdjur, och det går därför inte att säga om det finns gemensamma grundläggande mekanismer för minnesfunktioner i växtceller och däggdjurshjärnor.

– Tillsammans visar dock vår studie och däggdjursstudien att MSI1-lika proteiner är mångsidiga proteiner som kombinerar flera skilda funktioner. Jag brukar beskriva dem som cellens schweiziska armékniv för manipulering av kromatin, säger Lars Hennig.

Lars Hennig är professor i genetik vid SLU:s BioCentrum i Uppsala sedan oktober 2010, och han var innan dess verksam i Zürich i Schweiz. Hans specialintresse är kromatinets reglering av växters utveckling och fysiologi.

Länk till artikeln: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23778966