Blogiartikkelit Katri Kärkkäinen Metsä

Meikäläistä mäntyä on tutkittu jo lähes 275 vuoden ajan. Se on yksi maapallon laajimmalle levinneistä lajeista ja ollut aina ihmisille tärkeä, monilla tavoilla hyödynnettävä puu.  Vaikka mäntyä on tutkittu ja jalostettu pitkään se on ollut geneetikoille hankalasti ”kesytettävä” laji: geneettiset työkalut tutkimukseen ovat kehittyneet hitaasti. Nyt tässäkin suhteessa mäntyä ollaan kesyttämässä: uudet genomihankkeet tuottavat tehokkaita työkaluja männyn sopeutumisen genomiikan tutkimukseen sekä käytännön metsänjalostuksen tehostamiseen.

Useamman puun koko genomi on selvitetty, kuten rauduskoivu suomalaisjohtoisesti (Salojärvi et al. 2017 Nature Genetics). Koivun genomin koko on isohko, yhteensä 440 megaemäksen suuruinen, mutta siihen verrattuna mänty on jättiläinen 22 miljardin emäksen genomineen. Ihmisen 3 miljardin emäksen kokoinen genomi on selkeästi isompi kuin koivun mutta moninkertaisesti pienempi kuin männyn. Männyn laajan genomin tutkimuksessa on haastetta, kun sieltä yritetään löytää ympäristöön sopeutumisen tai käytön kannalta tärkeisiin ominaisuuksiin vaikuttavia geenejä.

Luke teki yhteistyötä Oulun yliopiston Akatemiatutkija Tanja Pyhäjärven ryhmän kanssa projektissa, joka tuotti laajan transkriptomin eli aktiivisten geenien sekvenssikirjaston geneettisten tutkimusten tueksi. Työssä keskityttiin genomin koodaaviin, aktiivisiin alueisiin ja niissä RNA:ksi luettavien geenien sekvensseihin. Aktiiviset geenit vaihtelevat yksilön eri kehitysvaiheissa ja eri solukoissa, siksi näitä kirjastoja on tuotettu eri solukoista: siemenestä, siemenen varastoravintosolukosta eli megagametofyytistä, kasvusilmusta, neulasista ja puun nilasta.

Männyn genomi on moninkertainen ihmisen genomiin verrattuna.

Geenien emäsjärjestyksiä selvitettäessä lyhyiden sekvenssien avulla havupuiden ongelmana ovat geenien useat kopiot genomissa: kun pienigenomisilla lajeilla yksi geeni vastaa tietystä toiminnasta, tuo sama geeni voi esiintyä suurena geeniperheenä isogenomisilla lajeilla. Lyhyiden sekvenssien koostamisessa oikein geeneiksi auttoi männyn siemenen megagametofyytti: haploidista DNA:sta voidaan erottaa geenikopiot toisistaan, mikä auttaa ymmärtämään paremmin, mikä muissa solukkonäytteissä on geenin sisäistä muuntelua, mikä geenin eri kopioiden välisiä eroja. Tämä haploidin solukon hyväksikäyttö tehosti transkriptomin koostamista ja auttoi ymmärtämään kompleksisten, mutta monesti hyvin tärkeiden usean kopion geenien rakennetta.

Männyn koko genomin sekvensointi on käynnissä ruotsalaisessa tutkimuskonsortiossa. Mutta jo ennen noita tuloksia, nyt tehtyjä transkriptomeja ja aiemmin tuotettua puun muodostuksen transkriptomia kyetään hyödyntämään niin evolutiivisissa tutkimuksissa – missä pohditaan männyn sopeutumiskykyä ilmastomuutokseen – kuin jalostuksen tehostamisessa genomisen valinnan avulla. Transkriptomin sekvenssejä hyödynnetään esimerkiksi kasvurytmin ja puun laadun kannalta tärkeiden geenien ja geeniverkkojen tutkimuksessa (Akatemian tutkijatohtoriprojekti EvoGeNeBreed). Lisäksi se on apuna kehitettäessä männylle laajaa, 50 000 emäksen muunteluun perustuvaa työkalua (SNP Chip), jonka avulla tutkitaan geneettisen muuntelun perustaa ja genomisen valinnan mahdollisuutta männyn jalostuksessa (Akatemiahanke Genowood, EU H2020 B4EST).

Nämä sekvenssit auttavat myös ymmärtämään lajien ympäristöön sopeutumisen perustaa, kun koodaavien geenien merkitystä verrataan geenien säätelyn merkitykseen vuonna 2020 alkavassa Suomen Akatemian RLife ohjelman hankkeessa FOREVER.Ehkä tutkimus ei kestä ikuisuutta, mutta pitkäikäisten, suurigenomisten puiden tutkimus on kestävyyslaji.

Kirjoittajat:
Katri Kärkkäinen, tutkimusprofessori
Sonja Kujala, Akatemian tutkijatohtori

Männyn genomi muodostuu peräti 22 miljardista emäksestä. Kuva: Erkki Oksanen.

Vastaa

Moderaattori tarkastaa kommentit ennen niiden julkaisemista mahdollisten roskapostien tai muiden epäasiallisten viestin estämiseksi. Viive julkaisemiseen on enintään vuorokausi viikonloppuja tai juhlapyhiä lukuun ottamatta

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *