Regulering av genuttrykk i trær

En avhandling om genetikken bak naturlig variasjon i genuttrykk, bladform- og størrelse hos osp (Populus tremula) har betydning for studier av genuttrykk i planter generelt. Arbeidet kan tjene som grunnlag for utvikling av planter med egenskaper som er gunstige for et bedre klimatilpasset jord- og skogbruk.  

Regulering av genuttrykk i trær

Niklas Mähler disputerer 17. juni 2016 for graden ph.d. ved NMBU – Norges miljø- og biovitenskapelige universitet med avhandlingen “Gene regulation and the emergence of phenotypes – a network approach".

Biologisk variasjon har interessert biologer i lang tid. Gjennom enkel avl har opprinnelige organismer fått nye egenskaper, for eksempel ny blomsterfarge. Det meste av dagens plantemateriale, produksjonsdyr og kjæledyr er eksempler på arter som har fått nye egenskaper gjennom avl.

Grunnlaget for fenotypiske ulikheter er variasjoner i DNA-sekvensen, og noen egenskaper er enklere å forklare fra et genetisk ståsted enn andre. Hvis en egenskap er kontrollert av ett enkelt gen, er det lettere å analysere den enn om den er kontrollert av flere gener. Mange egenskaper er genetisk komplekse og kontrolleres av hundrevis, ja opptil flere tusen gener. I tillegg er det ikke bare de enkelte genene som kontrollerer egenskapene – også samspill mellom genene spiller en rolle.

Ospetrær som modell for studier av genregulering
Hovedmålet med Niklas Mählers doktoravhandling var å beskrive genregulering og komplekse egenskaper på basis av gen-nettverk. Slike nettverk beskriver samspill ved å koble sammen gener som har lignende uttrykk. Genuttrykket kan betraktes som fotavtrykket av den underliggende regulerende mekanismen, og ved å studere genuttrykk sammen med genetisk variasjon, kan vi få en ide om hvordan disse genene reguleres. Dette kan i sin tur sees i sammenhengs med ulike fenotyper for å få en forståelse av hvordan fenotyper «springer ut» fra disse nettverkene.

Mesteparten av arbeidet er utført på osp som er en etablert modell for ulike studier av trær, som her hvor genotype- fenotypassosiasjoner er brukt for å forklare ulikheter i bladform og bladstørrelse. Genom- og RNA-sekvensering ble utført på osp som var samlet inn over hele Sverige for å måle genvariasjonen og genuttrykknivåene.

Denne studien av arkitekturen bak genuttrykket, viser at genetisk variasjon mest sannsynlig kan assosieres med genene som er i periferien av gen-nettverket, det vil si gener som er forbundet med få andre gener i nettverket. Tidligere studier av gen-nettverk, har fremsatt hypoteser om at gener sentralt i nettverket er viktig for at organismen skal overleve. I denne studien er svært få sentrale gener assosiert med genetisk variasjon, men dette er ikke det samme som å si at de ikke er kontrollert av genetiske faktorer. Bladform ser ut til å være en kompleks fenotype som kontrolleres av hundrevis av genetiske varianter som individuelt har veldig liten innvirkning. Dette er vanskelig å oppdage når man har tilgang til data fra et begrenset antall trær.

Genuttrykket for komplekse egenskaper mindre utsatt ved mutasjon i en variant
Hvis et gens uttrykk kontrolleres av få genetiske varianter med stor effekt vil en mutasjon mest sannsynlig ha stor betydning for uttrykket av genet. Hvis genet er vitalt for organismen, vil en slik mutasjon være svært ødeleggende. Men hvis et gen er kontrollert av hundrevis av varianter med liten individuell effekt, vil ikke en enkel mutasjon påvirke genuttrykket, og dermed organismen, i særlig stor grad. Dette kan sees på som en slags genetisk buffer som beskytter organismen mot tilfeldig endringer.

Resultatene fra doktorgradsarbeidet gir en bedre forståelse av hvordan genuttrykk reguleres i naturlige populasjoner av trær og hvordan den genetiske variasjonen har sammenheng med fenotypisk variasjon. Dette kan forhåpentligvis tjene som basis for videre studier av naturlig variasjon i planter og være til nytte i jord- og skogbruk på den måten at utviklingen av planter med egenskaper som har kommersiell interesse kreve mindre innsats enn det som er mulig med dagens tilnærming.

 

 

 

Published 31. oktober 2016 - 18:10 - Updated 23. mai 2017 - 19:13