Man skulle ikke tro det, men hvetens arvemasse er en ytterst komplisert sak. Genomet er fem ganger større enn menneskets og 35 ganger større enn ris sitt. (Foto: science photo / Shutterstock / NTB scanpix)
Man skulle ikke tro det, men hvetens arvemasse er en ytterst komplisert sak. Genomet er fem ganger større enn menneskets og 35 ganger større enn ris sitt. (Foto: science photo / Shutterstock / NTB scanpix)

Arvematerialet til hvete er kartlagt – og det er fem ganger større enn menneske-genomet

Den detaljerte kartleggingen av det enorme genomet har tatt 13 år og baner vei for utviklingen av bedre typer hvete.

Published

Et strå med frø på … Hvor komplisert kan det være? Ganske komplisert faktisk.

Man skulle ikke tro det, men hvete er en avansert plante. Genomet, altså arvematerialet, er både mer komplisert og hele fem ganger større enn menneske-genomet.

Etter 13 år har forskere endelig en detaljert beskrivelse av de 21 kromosomparene i hvetegenomet.

Det vekker begeistring hos en dansk forsker.

– Det er fantastisk kunnskap. Noen av kromosomene er beskrevet tidligere, men denne studien har detaljert kunnskap om hele genomet, sier Søren Kjærsgaard Rasmussen, som er professor ved Institut for Plante- og Miljøvidenskab ved Københavns Universitet.

Studien er utgitt i det vitenskapelige tidsskriftet Science, og over 200 forskere fra 73 forskningsinstitutter og private bedrifter fra 20 ulike land har vært med.

Blant annet har norske forskere fra NMBU hatt ansvaret for å kartlegge ett bestemt kromosom.

Forskerne har kartlagt genomet for kornsorten «Chinese Spring». Det kan brukes til brød, og forskerne håper at resultatene kan bidra til å løse framtidens matvaremangel.

Hvetegenom er gigantisk

13 år er lenge, men det er en god forklaring:

Hvetegenomet er gigantisk. Det er fem ganger større enn menneskets genom og hele 35 ganger større et risgenom.

Hvetegenomet er gigantisk. Figuren viser størrelsesforholdet mellom genomene til ulike dyr og planter. (Illustrasjon: fra den vitenskapelige artikkelen)
Hvetegenomet er gigantisk. Figuren viser størrelsesforholdet mellom genomene til ulike dyr og planter. (Illustrasjon: fra den vitenskapelige artikkelen)

Brødhvetegenomet er stort fordi det består av tre svært like genomer (A, B og D) som inneholder sju kromosompar hver.

Det har derfor i alt 21 kromosompar. Det gjelder altså å holde tungen rett i munnen når man prøver å skille alle kromosomene fra hverandre og beskrive hver av dem.

– Fordi de tre genomene er så like, har det vært en utfordring, men også veldig viktig, å skille dem. Da kan man begynne å karakterisere hvert enkelt kromosom, forklarer Søren Kjærsgaard Rasmussen.

Gjenstridig genom

For å kartlegge genomet brukte forskerne blant annet DNA-sekvensering, og igjen var størrelsen på genomet en utfordring.

For forskerne fant veldig mye DNA de ikke kunne bruke til så mye. Det er fordi DNA-et består av mange gjentakelser, og forskerne trenger bare den lille delen som er unik.

– De DNA-sekvensene som ligger mellom genene, består av en masse gjentakelser, så det har vært vanskelig finne de 15 prosentene ut som er unike for de enkelte kromosomene, forklarer Rasmussen.

Hvete er altså gjenstridig for forskere, men de har likevel kartlagt 93 prosent av de 21 kromosomene, og studien er dermed det mest omfattende til nå.

Skal gi bedre planter

Det er bare et år siden forskere kartla byggkornets genom, og ris ble kartlagt i 2005.

Men hva skal vi bruke all denne informasjonen til?

Den nye kunnskapen kan brukes til å lage nye hvetetyper, som gir større utbytte og kan tåle klimaendringer bedre, sier en av forskerne bak studien i en pressemelding.

Om DNA-sekvensering

DNA-sekvensering er avlesning av den genetiske koden i et bestemt fragment av DNA.
Noen ganger leser forskerne bare av en enkelt del av et bestemt gen, andre ganger leser de av hele organismens DNA, altså genomet.

– Vi forventer at verden trenger 60 prosent mer hvete før 2050. Nå kan vi utnytte hveten bedre, dyrke fram planter med høy ernæringsmessig kvalitet og skape arter som tåler klimaendringer, sier Christobal Uauy, som er prosjektleder for plantegenetikk ved John Innes Centre.

Kartlegging kan ikke stå alene

Men kartleggingen av hvetegenomet er ikke nok i seg selv hvis vi skal løse problemer som klimaendringer og matvaremangel, mener Rasmussen.

– Dette er absolutt et viktig verktøy, men det kan ikke stå alene. Vi trenger også eksperimenter og statistikk, og det er nødvendig med samarbeid mellom dyrking og genetikk, sier han.

Med andre ord vet vi ikke hvordan nye typer av hvete vil reagere når de plantes, og det er nødvendig å teste dem mens de utvikles. Vi kan altså ikke klare oss bare med kunnskap om gener.

Det gjør likevel ikke resultatene fra den nye studien mindre nyttige, for mange forskere arbeider allerede med genetisk seleksjon, altså forsøk på å bedre kvaliteten på arter.

De nye resultatene bidra med kunnskap om hva hvete egentlig er, og hvordan den har utviklet seg.

Referanse:

R. Appels mfl: «Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome», Science (2018), DOI: 10.1126/science.aar7191 Sammendrag

Om genomer og kromosomer

Man skiller mellom individ og art, og hvert enkelt individ har sitt eget unike DNA. Individer kan høre sammen under en art, og det innebærer at det også er mye DNA som disse individene deler. For eksempel er alle mennesker unike, men hører sammen som art.
Et individs genom omfatter det arvematerialet som egg og sædceller har bidratt med ved befruktningen.
Ved en arts genom forstår man derimot det minimum av arvemasse som kjennetegner arten.
Kromosomene bærer de arvelige egenskapene (gener).
Kromosomer finnes i cellekjernen hos planter og dyr i et antall som er karakteristisk for den enkelte arten.

Kilde: Søren Kjærsgaard Rasmussen og Den Store Danske

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.