Komplex genetisk reglering av rötters tillväxt

Roten förankrar växten i marken och tar upp vatten och näringsämnen ur jorden. Dess utseende varierar både mellan och inom arter och denna diversitet har uppkommit när växterna anpassat sig till olika livsmiljöer. Rotens utveckling styrs därför till stor del av växtens genuppsättning, men det har varit svårt att hitta vilka gener det är som bidrar till denna naturliga variation. Forskare har nu visat att det i många fall är nödvändigt att ta hänsyn till dessa geners komplexa samspel för att man skall kunna få en djupare insikt om hur rotens utveckling regleras.

Det visar ny forskning som nu publiceras av forskare från SLU (Sveriges lantbruksuniversitet) University of Washington, USA, i den välrenommerade vetenskapliga tidskriften PLOS Geneticts.

De flesta biologiska egenskaper regleras av många gener. Trots att det är sannolikt att samspelet mellan dessa är viktigt, ignoreras detta i de flesta av dagens genetiska studier. Nu har forskare visat att det för vissa egenskaper, t ex rotens tillväxt, är helt nödvändigt att ta hänsyn till dessa samspel för att kunna hitta de bidragande generna. Dessa resultat kan därför få stor betydelse för hur man skall studera genetiken bakom andra egenskaper där det varit svårt, eller omöjligt, att hitta de gener som bidragit till den biologiska variation man kan se i naturen. Viktiga tillämpningsområden för denna kunskap finns bland annat inom studier av sjukdomsutveckling i människa, men även när man vill förstå vilka begränsningar och möjligheter som finns för framtidens växt och djurförädling eller hur klimatförändringarna vi står inför kan komma att påverka vilda växter och djur.

I denna studie av rotens tillväxt har man använt modellväxten backtrav (Arabidopsis thaliana). I ett globalt samarbetsprojekt har det tidigare samlats in ett stort antal varianter av backtrav som anpassat sig till vitt skilda miljöer runt om i världen. Sedan har arvsmassa för dessa kartlagts i stor detalj. Forskarna har nu utnyttjat denna gemensamma resurs genom att mäta tillväxten hos rötterna i ett stort antal av dessa genetiskt väl kartlagda varianter för att sedan söka efter vilka gener det är som bidrar till den variation som finns i rotens utseende.

– Vi kunde direkt visa att en hel del av skillnaden i rottillväxt mellan varianterna från olika delar av världen berodde på skillnader i växternas genuppsättning, säger Örjan Carlborg, professor vid SLU, som lett studien. Det som vi tyckte var särskilt spännande var dock att skillnaderna inte verkade bero på variation i enskilda gener, utan nästan enbart på samverkan mellan gener

Forskarna upptäckte att ingen av de fler än 200 000 testade genetiska markörerna i arvsmassan gjorde något enskilt bidrag till tillväxten av rötterna hos de testade varianterna av Backtrav.

– Det var först när vi analyserade alla miljontals kombinationer av de genetiska markörerna som vi lyckades identifiera sju regioner i arvsmassan som förklarade i stort sett all genetisk variation i denna population, säger Örjan Carlborg.

Genom att kartlägga de sju regionerna i arvsmassan i större detalj lyckades man också experimentellt bekräfta att det i fyra av de sju regionerna finns gener som är nödvändiga för rotens tillväxt. Man arbetar nu med att studera dessa gener i mer detalj för att förstå hur de tillsammans bidrar att Backtrav kunnat anpassa sig till så olika miljöer i naturen.

– Något som varit extra roligt med denna studie är att se hur mycket växt och djurgenetiker kan lära sig av varandra genom att samarbeta över traditionella ämnesgränser. Nu har vi många spännande, nya uppslag att arbeta vidare på när vi skall analysera data från våra hönsstudier, avslutar Örjan Carlborg.

Resultaten publiceras i PLOS Genetics den 23 september. Författare är Jennifer Lachowiech, Xia Shen, Christine Queitsch och Örjan Carlborg.

För mer information:

Örjan Carlborg, Institutionen för kliniska vetenskaper, SLU

Tel 018-67 20 01, 076-210 91 14 orjan.carlborg@slu.se