Jordbær er blant de plantene som har mer enn to av hvert kromosom. Det har gitt dem større og mer sukkerholdige bær. (Foto: Jurga Jot / Shutterstock / NTB scanpix)
Ekstra kromosomer gir planter supervåpen
Mange planter har mer enn to av hvert kromosom. Det har satt fart i utviklingen og gitt oss blant annet jordbær, poteter og hvete.
Om kromosomer
De fleste pattedyr har to av hvert kromosom. De er diploide.
Mennesker har 23 kromosompar, 23 fra far og 23 fra mor. De 23 parene er stort sett ganske like, bortsett fra kjønnskromosomene, som er ulike for menn.
På kromosomene sitter genene som gir opphav til alt fra øyenfarge og høyde til kroppens produksjon av hormoner. Genene bestemmer også når og hvor mye som skal produseres.
I menneskers kjønnsceller er det ett av hvert kromosom, som under befruktningen danner par med kromosomene fra den andre partens kromosomer.
Dermed får avkommet halvparten av genene fra far og halvparten fra mor, og har dermed en backup hvis noen av genene er defekte.
Men noen organismer – mange planter og flere primitive dyr – har mer enn bare ett sett kromosomer – de er polyploide.
Polyploide planter kan ha opptil tolv identiske kromosomsett som er nedarvet fra diploide forfedre.
Polyploidi …
Så er det sagt, selv om det ikke gir mening for folk utenfor biologien.
Men hva er det egentlig?
Det korte svaret er at polyploidi betegner organismer med mer enn to av hver type kromosom. Du og jeg har to av hvert kromosom – ett fra far og ett fra mor – men noen plantearter kan ha helt opp til tolv fra «far» og tolv fra «mor».
De er med andre ord polyploide, og det gjelder blant annet poteter, jordbær og hvete.
Spesialnummer om polyploidi
Polyploidi har vært i rask utvikling de siste 15 år, og nå har et av de ledende botaniske tidsskriftene, American Journal of Botany, dedikert en egen utgave til emnet.
Innledningen er skrevet av den amerikanske plantebiologen Michael Barker fra University of Arizona.
– Vi tenker ofte at levende organismer har to kromosomer, men det finnes mange varianter. Polyploidi er spesielt vanlig blant planter, også noen av de vi spiser. Faktisk er det en viktig drivkraft for mangfold i planteriket, skriver Barker i en pressemelding.
DNA-sekvensering skapte ny interesse
Forskning på polyploidi har foregått i mange år.
Den danske forskeren Øjvind Winge foreslo i 1917 at artsdannelse blant planter ofte skjer ved kromosomfordobling.
Det viste seg å stemme, men med den tidens teknologi var det ikke mulig å undersøke det nærmere.
De siste 15 årenes fremskritt innen genteknologi har ført til ny interesse for fenomenets betydning for evolusjon og økologi.
Kromosomer ikke så stabile som vi trodde
Thure Pavlo Hauser er førsteamanuensis i planteøkologi og evolusjon ved Institut for Plante og Miljøvidenskab ved Københavns Universitet i Danmark. Han skal hjelpe oss med å forstå hva polyploidi egentlig er.
– Forståelsen av polyploidi er et enormt gjennombrudd i oppfatningen av hva liv er. Polyploidi viser at arvematerialet er mye mer plastisk og rotete enn vi hadde forestilt oss. Det gir planter og andre organismer en ekstra måte å arbeide med genene sine på, sier Hauser.
Gir flere arter
Men hva betyr det egentlig at for eksempel planter har mer enn to av hvert kromosom?
Flere ulike forskningsresultater tyder på at det har stor betydning for artsdannelse, slik Øjvind Winge hevdet for 100 år siden. For eksempel kan det hjelpe planter med å overkomme sterilitet ved befruktning mellom to forskjellige arter.
Som de fleste kanskje vet, kan beslektede arter iblant få avkom sammen, men ofte er avkommet sterilt.
Det gjelder blant annet muldyr, som er avkom fra en hest og et esel. Muldyrene kan ikke bringe den genetiske arven videre.
Siden muldyret får halvparten av kromosomene fra en hest og halvparten fra et esel, kan ikke kromosomene danne par.
Dermed blir de likt fordelt i kjønnscellene, og det gjør at muldyret blir sterilt.
Hybrider blir til nye arter
Vi kan også forestille oss at to forskjellige plantearter befrukter hverandre.
Vanligvis vil hybriden være steril, men hvis antallet kromosomer blir fordoblet, har planten plutselig parvise kromosomer igjen – dermed kan den danne funksjonelle kjønnsceller og bli fruktbar.
– I 99,9 prosent av tilfellene har hybrider problemer med reproduksjonen. Men noen ganger blir kromosomene fordoblet, og da kan det oppstå en ny art. Problemet er selvfølgelig at de i begynnelsen ikke vil ha noen å pare seg med, men dette skjer nok oftere enn vi trodde tidligere, sier Hauser.
Kan gi evolusjonær fordel
De polyploide artene kan ha flere utviklingsfordeler.
Forestill deg for eksempel en naturkatastrofe som utrydder mange planter og mye av leveområdene til de artene som overlevde. Det kan være et jordskjelv, en oversvømmelse eller en usedvanlig hard vinter.
Hvis betingelsene er endret på dramatisk vis, er det en fordel å ha flere kromosomer.
– Hybrider har mer genetisk variasjon å arbeide ut fra. Det gjør at de kan tilpasse seg til de nye omgivelsene, forklarer Hauser.
– De kan kanskje overleve i tørrere betingelser eller klare seg høyere opp i en fjellside, noe foreldreartene kanskje ikke kunne.
Hvete er polyploid
Polyploidi har også vært en velsignelse for oss mennesker. For eksempel i form av hvete.
Moderne hvete har gjennomgått minst to hybridiseringer, der gener fra andre gressarter er blandet inn.
Det har trolig skjedd uten menneskelig innblanding, men snarrådige bønder plukket raskt opp de nye variantene.
– Hvete er krysset med arter vi aldri ville ha drømt om å spise, og polyploidi har gjort at disse variantene kunne overleve. Det er bakgrunnen for en av de viktigste avlingene i verden i dag, forklarer Hauser.
Polyploidi gjorde jordbær store og saftige
Jordbær er et annet eksempel på en art som har hatt fordel av polyploidi.
Planten bak de store, saftige jordbærene vi spiser i dag, er en krysning mellom en nordamerikansk og en søramerikansk art. Hver av dem igjen er krysninger mellom andre arter, og ingen av dem hadde like store og lekre frukter.
Her ser vi en typisk effekt av polyploidi. Gjennom polyploidi har jordbærene fått flere kromosomer og dermed flere gener.
De har sørget for enzymer som planten bruker til å lage sukkerstoffer.
Kan lage flere forsvarsstoffer
Polyploidi gir også fordeler for plantene selv.
Planter med bare to sett kromosomer blir mer begrenset når de skal bruke genene til ulike ting.
Det kan for eksempel være gener for immunforsvaret, der genene lager proteiner med spesifikke og nødvendige funksjoner for å holde organismen sunn og frisk.
Polyploide planter har en masse ekstra gener fra de fordoblede kromosom-settene. Disse genene kan de utvikle og dermed danne andre kjemiske stoffer.
De kan for eksempel lage stoffer som beskytter mot planteetere.
– I de siste årene har vi oppdaget at dette er en av de store fordelene ved polyploidi. Planter lager utrolig mange ulike kjemiske stoffer. Hvis de har gener som er overflødige, lager de nye stoffer, som for eksempel skremmer vekk insekter. Da blir naboplanten spist i stedet, forklarer Hauser.
– Det skjer ikke med det samme, men det kan skje etter hvert hvis plantene har et større genetisk potensial, fortsetter han.
Kilder
Spreading Winge and flying high: The evolutionary importance of polyploidy after a century of study», American Journal of Botany (2016), doi: 10.3732/ajb. 1600272
© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.
