SLU-nyhet

Hennes resultat fyller kunskapsluckor om kolfördelning i träd

Publicerad: 21 november 2022
Porträttbild av Sonja Viljamaa framför en snötäckt buske
Doktorand Sonja Viljamaa (foto: Sonali Ranade)

Träd är nyckelaktörer när det gäller att ta bort kol från atmosfären. Men vad händer med kolet när det väl har kommit in i träden? Sonja Viljamaa, doktorand i Totte Niittyläs grupp vid UPSC och SLU, gav sig ut för att spåra kolet i aspar och fokuserade särskilt på kolets roll i vedbildning. Tillsammans med bioinformatiker identifierade hon nya genregleringsnätverk i vedbildning och visade att aspar lagrar kol passivt under optimala förhållanden.

Vad motiverade dig att doktorera i Totte Niittyläs grupp vid UPSC?

Jag ville fortsätta att studera träd. Under min magisterexamen vid University of Oulu i Finland arbetade jag med barrträd, närmare bestämt med kryokonservering av en cellkultur av gran som producerar extracellulärt lignin. Jag hade alltså redan en koppling till forskning om träd samt cellväggs- och vedutveckling. Jag besökte UPSC 2013 för en kortare praktik i Stefan Janssons grupp och fick då en försmak av hur det är att arbeta med asp och hur institutet var som arbetsplats.

När jag såg att tjänsten i Totte Niittyläs grupp kombinerade forskning om vedutveckling i asp och Arabidopsis, en klassisk modellart som jag faktiskt aldrig hade arbetat med tidigare, blev jag mycket intresserad. Att flytta från Finland till Sverige framstod som både bekant och exotiskt på samma gång. Jag tyckte också att det var en fördel att min handledare är finländare precis som jag - även om han oväntat nog inte kunde en hel del finländsk forsknings- och växtbiologisk vokabulär eftersom han huvudsakligen har studerat på engelska.

I din avhandling analyserade du hur kol som assimileras under fotosyntesen fördelas i aspar under tillväxten. Varför är det viktigt att veta detta?

Alla centrala processer i växter är beroende av kol som används för att leverera energi till cellerna och för att bygga upp cellväggar och ved. Många studier om kolfördelning i växter har utförts på Arabidopsis, men det är svårt att överföra denna kunskap till träd. Arabidopsis är en liten ettårig växt och de flesta av dess kolinlagrande delar, till exempel stammen och bladen, är fotosyntetiskt aktiva och gröna.

I träd hamnar en stor del av det assimilerade kolet i veden som mestadels är död och inte fotosyntetiskt aktiv. Träd är också mycket större, långlevande och modulära, vilket innebär att till exempel en gren kan vara självförsörjande på kol.

Allt detta tillför ytterligare komplexitet som är svårt att studera i Arabidopsis, vilket gör det nödvändigt med studier av träd särskilt när det gäller kolinlagring i ved. Att bättre förstå mekanismerna bakom detta så väl som deras reglering kommer förhoppningsvis att ha en praktisk användning för trädförädling i framtiden.

Vad anser du vara det viktigaste resultatet av dina studier?

Våra resultat fyller kunskapsluckor i fråga om kolfördelning i träd. Kunskapen vi har tagit fram kan tjäna som utgångspunkt för många nya studier som gynnar forskarsamhället. I ett av projekten tog vi fram ny information om gennätverk för aspens vedutveckling och lade till denna information i en öppen databas.

I ett annat projekt karakteriserade vi den första mutanten utan stärkelse i träd och visade att stärkelse tycks lagras passivt hos aspar. Detta står i kontrast till tidigare resultat i Arabidopsis där kolinlagring i form av stärkelse har beskrivits som en aktiv process.

Hur kan information om gennätverk i reglering av vedbildning i träd hjälpa till att studera kolfördelning?

Ved är en viktig lagringsplats för kol i träd och vårt mål var därför att identifiera gennätverk som spelar en roll för vedbildningen. Vi planerade en stor studie för att identifiera möjliga målgener för 660 transkriptionsfaktorer, ett slags proteiner som binder till DNA och reglerar geners uttryck. Ganska många av de transkriptionsfaktorer som ingick i studien var inte väl beskrivna. Vi ville identifiera både nya gener som inte var beskrivna som mål för kända transkriptionsfaktorer och hitta helt nya interaktioner mellan mindre beskrivna transkriptionsfaktorer och gener.

För att göra detta använde vi två olika analysmetoder och utvecklade en bioinformatisk analyspipeline med hjälp av bioinformatiker. Detta var den första aspstudien med dessa tekniker på denna skala och vi genererade en stor mängd data som nu är integrerade i den öppna PopGenIE-databasen. Alla forskare som är intresserade av att studera trädens utveckling kan nu få tillgång till data och använda den i sin forskning.

Tyvärr kunde vi inte själva fördjupa oss i biologiska frågor om koltilldelningen under vedens utveckling och studera några av dessa nya interaktioner vi identifierade. Det fanns helt enkelt inte tid, men jag glädjer mig att de personer som fortsätter att arbeta med projektet efter mig kan nyttja denna fina resurs.

Vilket var det mest oväntade resultatet du fick under din doktorandtid?

Jag blev verkligen förvånad och överraskad över att de stärkelselösa aspmutanterna som togs fram i ett av projekten såg så lika ut som träden utan mutationer. De enda synliga skillnaderna jämfört med kontrollplantorna var att bladen hängde lite mer nedåt så att trädkronstäckningen blev något mindre, men i övrigt såg de normala ut.

Eftersom det finns ett så komplext maskineri för att producera stärkelse och bryta ner den förväntade jag mig att stärkelse skulle vara viktigt för trädens tillväxt och att de stärkelselösa träden skulle bli sjukare, men de unga träden växte utan problem i våra växthusförsök.

Vad var den största utmaningen under din doktorandtid?

Jag har inte arbetat så mycket med bioinformatik tidigare och det var en ganska stor inlärningskurva att komma igång med det. Det var intressant att lära sig att tala "dataspråket" och att arbeta på kommandoraden, men det tog en del tid och ansträngning.

Det fanns också en del problem med att färdigställa pipelinen för den bioinformatiska analysen, vilket tog längre tid än vad jag hade förväntat mig. Tack vare hjälp från UPSCs bioinformatiska plattform och Nathaniel Streets grupp, särskilt från Teitur Ahlgren Kalman, fick vi allt att fungera.

Dessutom bidrog osäkerheten på grund av den globala pandemin inte till att underlätta de praktiska experimenten och förlängde leveranstiderna för vissa reagenser. Till slut fick vi lyckligtvis allt att fungera.

Vad planerar du att göra nu?

Jag kommer att stanna på UPSC fram till december och försöka publicera resultaten av åtminstone ett av mina manuskript. Jag planerar också att avsluta arbetet med några prover som jag har samlat in men som jag ännu inte haft tid att analysera. Därefter kommer jag att hjälpa en doktorand från Nathaniel Streets grupp som planerar att använda samma analysmetoder som jag använde. Efter det återstår att se.

Det skulle vara trevligt om jag kunde fortsätta att forska, helst med inriktning på träd, eller kanske till och med gå tillbaka till arbetet med växtvävnadskulturer. Jag skulle verkligen vilja stanna någonstans i norr med snö och växlande årstider, vilket förstås skulle vara en liten begränsning när jag söker jobb. Det ska bli intressant att se vart livet leder mig!

Text: Anne Honsel & Sonja Viljamaa

Fakta:

Om disputationen:

Sonja Viljamaa, Umeå Plant Science Centre, Institutionen för skoglig genetik och växtbiologi, SLU, försvarade sin doktorsavhandling måndagen den 21 november 2022. Fakultetsopponent var Andrew D. Friend, Department of Geography, University of Cambridge, Cambridge, Storbritannien. Handledare var Totte Niittylä.

Avhandlingens titel: Carbon allocation in aspen trees

Länk till avhandlingen i epsilon: https://pub.epsilon.slu.se/29010/

Länk till PopGenIE - The Populus Genome Integrative Explorer – databas med Sonja Viljamaa’s resultat

Nyhet om Sonja Viljamaa’s forskning på kolinlagring i aspträd


Kontaktinformation