Växande kunskap om barrträdens
genomutveckling
En preliminär karta över det 20 gigabas stora genomet hos rödgran (Picea abies) –
den första för någon nakenfröig växt – har möjliggjort den mycket efterlängtade
analysen av barrträdens genstruktur. Även om antalet gener som identifierades var
ungefär detsamma som hos det mer än 100 gånger mindre genomet hos den
nakenfröiga växten Arabidopsis thaliana, sågs inga tecken på att det skett en
duplicering av hela genomet under senare tid. Den stora genomstorleken hos P.
abies verkar bero på en långsam men stadig ackumulering av en varierande
uppsättning transposoner – en enkelbiljett till genomtillväxt. Den nya studien föreslår
en ny modell av barrträdens genomutveckling.
Barrträdsskogar har dominerat enorma landområden på den norra hemisfären under mer än
200 miljoner år. Utöver barrträdens mycket stora ekologiska och ekonomiska värde utgör de
också ett nyckelelement i många andra ekosystem. Det är känt att genomen hos de flesta
barrträd består av tolv ungefär lika stora kromosomer som var och en är ungefär lika stor
som det mänskliga genomet. Resultaten från flera rapporter tyder också på att barrträdens
genfamiljer är större än deras motsvarigheter hos de gömfröiga växterna. Men trots att de är
så vanliga och har så stor betydelse för oss är vår djupgående kunskap om barrträdens
genom fortfarande begränsad.
För att öka kunskapen om barrträdens genomutveckling har forskare på SciLifeLab
tillsammans med Umeå Plant Science Center och internationella samarbetspartners
sammanställt stora mängder DNA-data från parallellsekvensering för att kartlägga det 20 Gb
stora nukleära genomet hos rödgran (Picea abies (L.) Karst), en av de ekologiskt och
ekonomiskt viktigaste växterna i Europa*. Teknikerna som användes var slumpmässig
(shotgun) sekvensering (från en rotstickling av P. abies-klonen Z4006 som togs från ett träd
i mittersta Sverige 1959), prediktion av proteinkodande gener och identifiering av LTRsekvenser (LTR = long-terminal repeat). Proteinkodande och icke-kodande delar av genomet
jämfördes med de preliminära, lågupplösta genomkartorna från fem andra nakenfröiga
växter: tall (P. sylvestris), sibirisk gran (A. sibirica), en (J. communis), idegran (Taxus
baccata) och Gnetum gnemon.
Med hjälp av de nya genomsekvenserna kan vi fastställa hur barrträdens genom blev så stora
och de gör det också möjligt att jämföra centrala egenskaper hos fröväxter, som blom- och
fruktutveckling. Resultaten tyder på att när de gömfröiga växterna grenats av från den
gemensamma utvecklingsstammen och föregångaren till dagens barrträd utkristalliserats,
växte de tolv ursprungskromosomerna långsamt men stadigt på grund av aktiviteten hos en
varierande uppsättning transposoner. Varje kromosom växte till liknande storlek, något som
kanske beror på de befintliga fysiska begränsningarna. Resultaten från jämförande
sekvensering visar att variationen bland transposonerna är gemensam för många av dagens
barrträd. Eftersom barrträden dominerar många ekosystem verkar dessa processer inte
påverka livsdugligheten.
I genomen hos de gömfröiga växterna verkar egenskaperna ovan att ha motverkats av
effektiva rekombinationsmekanismer, vilket har lett till att det endast kvarstår en mindre
uppsättning transposoner i deras genom.
Denna övergripande undersökning öppnar nya dörrar inom skogsbruk och förädling av
barrträd.
*
Detta forskningsprojekt har utförts med stöd från Knut and Alice Wallenberg Foundation.
Referens
Nystedt et al (2013). The Norway spruce genome sequence and conifer genome evolution. Nature
Vol. 497 579-584.
Kontakt
Joakim Lundeberg
[email protected]
