Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.
Vårskrinneblom klarer seg fint i mange ulike omgivelser. Det gjør den interessant for forskere som studerer hvordan planter tilpasser seg endringer i miljøet.(Foto: Hauk Liebe / Artsdatabanken / CC BY 4.0)
Mutasjoner har gjort at denne blomsten også klarer seg fint i kulde og lite lys
Proteiner muterer og påvirker planters tilpasningsevne. Studier av vårskrinneblom kan tyde på det.
Vårskrinneblom (Arabidopsis thaliana) er en plante i korsblomstfamilien. Den blir 5–30 centimeter høy, har litt hårete blader og hvite blomster. Du kan finne den over nesten hele verden, men særlig på den nordlige halvkule.
I Norge er den observert helt nord til Troms.
Det betyr at den kan leve under veldig forskjellige forhold når det gjelder blant annet temperatur, lysforhold og jordsmonn. For å klare det trenger den stor genetisk variasjon. Og det har vårskrinneblomen, på flere måter.
– Vi har sett på hvordan en spesifikk type genetisk variasjon påvirker funksjonen til proteiner, sier William Reinar. Han er forsker ved Senter for økologisk og evolusjonær syntese på Universitetet i Oslo.
Vårskrinneblom var den aller første planten som fikk sekvensert hele genomet sitt.(Foto: Per Harald Olsen / NTNU / CC BY SA 3.0)
– Dette er ikke mutasjoner som fører til at proteinet mister sin funksjon eller får en helt annen funksjon, men som finjusterer funksjonen, presiserer han.
Reinar og forskerkollegaene hans har studert DNA fra 770 ulike eksemplarer av vårskrinneblom som lever under vidt forskjellige miljøforhold.
– Den genetiske variasjonen vi har sett på, påvirker lengden på DNA-et som koder for proteinet, slik at deler av proteinet også varierer i lengde, sier Reinar.
Alle proteiner er, etter hver sin oppskrift, bygget opp av aminosyrer. Noen ganger inneholder den delen av DNA-et som koder for proteinene, repeterende sekvenser som gjør koden lengre.
Lengden på disse sekvensene kan være med på å påvirke proteinets funksjon, viser Reinars studie, som er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Science Advances.
En annen form for mutasjoner
Alle organismer, ikke bare vårskrinneblom, er avhengige av mutasjoner for å ha den genetiske variasjonen de trenger for å klare seg i møte med endringer i miljøet. Det hørte vi mye om da koronaviruset muterte på sitt mest intense og nye mutasjoner ga oss stadig mer aggressive versjoner av covid-19.
Det er en annen form for mutasjon forskerne nå har studert i proteinene til vårskrinneblomen, men også den skyldes «feil» under kopieringen av DNA-et.
– Den genetiske variasjonen vi har sett på, påvirker lengden på DNA-et som koder for proteinet, slik at deler av proteinet også varierer i lengde, sier Reinar.
Alle proteiner er, etter hver sin oppskrift, bygget opp av aminosyrer. Noen ganger inneholder den delen av DNA-et som koder for proteinene, repeterende sekvenser som gjør koden lengre.
Lengden på disse sekvensene kan være med på å påvirke proteinets funksjon, viser Reinars studie, som er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Science Advances.
– Dette er en spesiell type feil som skjer oftere i de repetitive strekkene. Det er en slags hypervariabilitet i de områdene sammenlignet med resten av DNA-et. Med de proteinene skjer det kanskje litt mer krøll under kopieringen, og du får en større variasjon, sier Reinar.
Ikke bare hoper det seg opp med lengdemutasjoner i disse områdene av DNA-et. Det ser også ut som om de kan kobles til evnen til tilpasning.
Testet protein i laben
Annonse
Reinar understreker at de foreløpig ikke kan påvise noen direkte årsakssammenheng for alle proteinene med slik lengdevariasjon. Det er veldig mange ulike faktorer som spiller inn i slike prosesser.
Men forskerne fikk i hvert fall veldig oppløftende resultater da de eksperimenterte med ett av de mange proteinene i laboratoriet.
– Vi gjorde et eksperiment for å demonstrere at lengdevariasjon, som i dette tilfellet var i en strukturelt uordnet del av proteinet, kan ha en funksjon som vi kan observere i en plantecelle, sier Reinar.
Ved å forandre lengden på proteinet og studere det under kontrollerte forhold inne på laben, testet de funksjonen til proteinet.
– På proteinet vi testet funksjonelt, så vi at disse lengdene korrelerer til responsen på intensiteten i sollyset, sier Reinar.
– Dette kan tyde på at mutasjonene som akkumulerer i disse proteinene, er med på å finjustere funksjonen til proteinet slik at arter tilpasser seg evolusjonært til ulike miljøer og til miljøer i endring, sier professor og CEES-leder Kjetill S. Jakobsen.
– Dette er i høyeste grad relevant for effekter av global oppvarming, sier Jakobsen.
Nybrottsarbeid
Studien er en del av prosjektet REPEAT: Evolutionary and functional importance of simple repeats in the genome. Dette er et såkalt Toppforsk-prosjekt finansiert av Norges forskningsråd og Universitetet i Oslo i samarbeid for å drive med forskning som er banebrytende innenfor sitt felt.
– Det har vært et nybrottsarbeid på flere måter. Vi er de første som har kikket systematisk på hvordan slik genetisk variasjon kan påvirke proteiners funksjon i planter, sier Reinar.
– Det skyldes blant annet at verktøyene for å kartlegge disse lengdevariasjonene er relativt nye, og at det så langt har vært begrenset tilgang på genetiske data for hele genomer fra store geografiske områder.
Han regner med at teknologien vil bli enda bedre fremover, noe som gjør det mulig å kartlegge disse mutasjonene på enda bedre måter – og i flere arter. Og man bør i hvert fall ikke overse den evolusjonære rollen til disse proteinene.
Annonse
– Jeg tror det er naturlig i alle fremtidige studier av genetisk variasjon å ta med dette aspektet ved det og ikke bare se på tradisjonelle mutasjoner når man skal se på diversitet i en populasjon, sier Reinar.
Vårskrinneblom er liten, lett å dyrke, tar liten plass, har selvbefruktning, er lett å krysse, har små frø og fullfører livssyklus fra spiring til frøsetting i løpet av noen uker. Derfor brukes den som modellplante (også kalt plantebiologenes bananflue), til studier av planters molekylærbiologi, fysiologi, vekst og utvikling.
