25 millioner til å forske på planters hukommelse

Fire NIBIO-forskere jubler etter å ha sikret seg 25 millioner kroner gjennom Forskningsrådets nye FRIPRO Toppforsk ordning. Midlene går til et femårig forskningsprosjekt i plantebioteknologi som skal øke vår forståelse av den molekylære hukommelsen og tilpasningsevnen til tre utvalgte arter: gran, jordbær og vårskrinneblom. 

FRIPRO Toppforsk er en ordning hvor spesielt dyktige forskere og forskningsmiljøer får økonomiske rammebetingelser for å jobbe friere og over lengre tidsrom enn det som er vanlig i forskningsprosjekter. Midlene skal gjøre det mulig å bli ledende internasjonalt. 

Carl Gunnar Fossdal, Paal Krokene, May Bente Brurberg og Tage Thorstensen skal studere de utvalgte plantenes epigenetiske mekanismer. Planters evne til å raskt kunne tilpasse seg endringer i for eksempel klimaet er knyttet til det som kalles epigenetikk. Dette er en slags møteplass mellom arv og miljø.

Epigenetiske mekanismer gjør at både planter, mennesker og andre levende vesener kan tilpasse seg forandringer i omgivelsene raskere enn hva den klassiske genetikken skulle tilsi. Disse tilpasningene kan nedarves til neste generasjon av celler eller individer uten at det skjer endringer i den genetiske koden. Det er dette som kalles epigenetikk.

- Epigenetiske tilpasninger er viktige blant annet i forhold til klimaendringer, stress og skadegjørere, sier Fossdal. 

 

Granas hukommelse

Ifølge plantegenforskeren med gran som spesialfelt har grantreet en livssyklus som kan ligne litt på oss mennesker, med kjønnsmodning rundt 15-årsalder og produksjon av «barn» fra 30-40-årsalderen. 

- Det betyr at fra et tradisjonelt genetisk perspektiv burde det ta mange generasjoner før grantrærne tilpasser seg endringer i klimaet. Men faktisk skjer tilpasningen mye raskere enn det vitenskapen tidligere trodde var mulig. Det er fordi grana har en slags molekylær hukommelse som gjør at arvematerialet tilpasser seg forandringer i miljøet. For eksempel vil et granfrø bli preget av temperaturforholdene når frøet dannes.

- Men epigenetikken forandrer kun hvor sterkt genene kommer til uttrykk, og påvirker ikke de underliggende gensekvensene. 

Det betyr at epigenetikken blir som en slags hukommelsesmekanisme som gjør at arvematerialet kan ta inn over seg viktige endringer i det ytre miljøet. Det er imidlertid store forskjeller mellom arter når det gjelder hva slags ytre påvirkninger som fører til slik epigenetisk preging. I noen arter overføres den epigenetiske hukommelsen også fra en generasjon til den neste. 

- Grantrærne må unngå å bryte knopp for tidlig om våren på grunn av faren for vårfrost. Trærne må også avslutte veksten i tide om høsten før frosten setter inn. Riktig timing kan være et spørsmål om liv og død for trærne, sier prosjektleder Paal Krokene.

- På samme måte er det livsviktig for gran og andre planter å kunne forsvare seg mot naturlige fiender som insekter og soppsykdommer. Dette er ekstra utfordrende for gran og andre treslag, siden deres naturlige fiender har en mye kortere generasjonstid og dermed kan tilpasse seg raskere. Planter er derfor avhengige av å ha et forsvar som både er bredspektret og fleksibelt. 

Banebrytende

Nå håper forskerne at de vil kunne forstå mekanismene bak disse tilpasningene.

- Vi vet at planter påvirkes av klima, temperaturforhold og naturlige fiender, men vi vil finne ut hvordan dette skjer. Vi vil forstå de molekylærbiologiske mekanismene bak plantenes hukommelse. Det handler om mekanismene som regulerer hvilke gener som skrus av og på, og hvordan disse endringene overføres til neste generasjon av celler eller individer. Dette er grunnleggende forskning som også er svært viktig for den anvendte planteforskningen. Resultatene vil være viktig for foredling, ikke bare av gran og jordbær, men også andre kulturplanter, sier plantegenforsker Tage Thorstensen ved NIBIO. 

Thorstensen og hans kolleger valgte gran og jordbær fordi dette er arter som er viktige for norsk bioøkonomi og som NIBIO allerede har arbeidet lenge med. Forskerne har dermed mye kunnskap om disse artene, selv om de epigenetiske mekanismene ikke er kjent i detalj. 

Thorstensen har lang erfaring med epigenetisk forskning på vårskrinneblom, som er den planten man vet mest om – også når det gjelder epigenetikk. Vårskrinneblom er en viktig del av det nye Toppforsk-prosjektet, fordi mye av kunnskapen om denne planten kan overføres til de mye mer økonomisk interessante artene gran og jordbær.

-Vårskrinneblom har i mange år vært den viktigste modellplanten for bioteknologisk planteforskning, og mye av det vi har lært om den kan overføres til jordbær og gran. Jordbær er for eksempel omtrent 45 % genetisk likt dette ugraset.

- Det er også interessant at de tre artene vi skal studere har veldig ulik livssyklus. Grana har en meget lang syklus, mens både jordbær og vårskrinneblom har langt kortere livsløp. Vi tror resultatene fra de ulike artene vil komplementere hverandre, forklarer Thorstensen.

Et skifte

Thorstensen forteller at det til nå har vært forsket lite på de epigenetiske mekanismene som regulerer plantenes tilpasning til stress, spesielt i planter som er viktige i matproduksjon.

- Det er fantastisk at vi har fått en så god finansiering fra Forskningsrådet og fra NIBIO. Det er en flott anerkjennelse av at denne forskningen er viktig. At vi har fått langsiktig støtte betyr også at vi har mulighet til å gå mer i dybden. Vi skal også samarbeide med forskere ved NMBU i Ås, Universitetet i Oslo og i Storbritannia.

- Det gir en trygghet og det ligger også prestisje i å bli tildelt Toppforsk-midler. Konkurransen er stor og bare de beste prosjektene får støtte. Noe av det som gjør at slike frie forskningsmidler er så populære, er at forskerne selv kan bestemme hva de skal gjøre, sier han.

Men ordningen støtter kun det som kan bli regnet som banebrytende forskning

- Det at gener også koder for vår fleksibilitet til å tilpasse oss miljøet i løpet av livet, utgjør et paradigmeskifte innen biologien, påpeker Fossdal. 

Administrerende direktør ved NIBIO, Alvhild Hedstein synes også Toppforsk-tildelingen er svært positiv for instituttet:

- Det er svært gledelig at et anvendt forskningsinstitutt som NIBIO hevder seg i konkurransen om midler til å bygge opp internasjonalt ledende forskergrupper. Dette er viktig forskning som utfordrer vår oppfatning av arv og miljø og som har vidtrekkende konsekvenser for vår forståelse av oss selv som mennesker og av naturen rundt oss.