Att förutsäga hur växter reagerar på sin miljö

Yanjun Zans väg från molekylärbiologi till genetik och beräkningsbaserad forskning började med ett experiment som inte fungerade som förväntat.

Under sina masterstudier i Kina arbetade han med molekylärbiologi och poppel. Hans forskargrupp hade identifierat gener som potentiellt kunde vara viktiga för kambiet, den vävnad som bildar ved. Yanjun ägnade omkring två år åt att modifiera poppelplantor för att undersöka några av dessa kandidatgener – men experimenten gav inte de tydliga svar som forskarna hade hoppats på.

– Vi var nog lite för optimistiska när det gällde hur mycket en enskild gen kunde åstadkomma. De modifierade plantorna växte inte heller särskilt bra, så det var svårt att avgöra om en effekt berodde på den genetiska förändringen eller på odlingsförhållandena, säger Yanjun.

– Det är en stor del av vetenskapen. Man lär sig något av misstagen.

Erfarenheten fick honom att fundera på om det fanns ett bättre sätt att identifiera lovande gener innan man investerade flera år i experiment. Bioinformatiken var på frammarsch och Yanjun bestämde sig för att gå i den riktningen.

Samtidigt sjönk kostnaderna för DNA-sekvensering snabbt och allt större genomiska datamängder blev tillgängliga för analys. Kombinationen av kvantitativ genetik och genomik blev sedan fokus för hans doktorandstudier.

Samma miljö, olika reaktioner

I dag är det framför allt en fråga som driver Yanjuns forskning: varför kan individer av samma art reagera så olika på samma miljö – och vilken roll spelar deras genetiska bakgrund?

Han har bland annat sett sådana skillnader när han studerat hur växter reagerar på temperaturer liknande dem i Umeå. I några av de populationer som Yanjun studerade ledde kallare förhållanden till snabbare tillväxt, tidigare blomning och fler frön. I andra populationer av samma art hade kylan däremot motsatt effekt och stressade växterna.

– Samma miljöförändring kan leda till helt olika reaktioner. Jag vill förstå de genetiska orsakerna bakom de här skillnaderna, säger han.

Om vi kunde förutsäga resultat från en miljö till en annan skulle det vara mycket användbart inom växtförädlingen.

Men Yanjun vill gå ett steg längre och undersöka om genetisk information kan användas för att förutsäga hur en växt kommer att klara sig i en miljö där den aldrig tidigare har testats.

Sådana förutsägelser skulle kunna vara särskilt användbara inom växtförädling. Förädlare testar regelbundet ett stort antal växter på många olika platser för att ta reda på vilka sorter som fungerar bäst under olika förhållanden. Dessa fältförsök kräver mycket tid, mark och resurser.

– Om vi kunde förutsäga resultat från en miljö till en annan, eller minska mängden tester som behövs, skulle det vara mycket användbart inom växtförädlingen, säger han.

Yanjun har redan arbetat med sådana metoder inom majsförädling i Kina. Där har han bidragit till verktyg som ska hjälpa förädlingsföretag att avgöra var olika sorter bör testas.

IceLabs tvärvetenskapliga miljö ger Yanjun Zan möjlighet att utveckla sin forskning i mötet mellan biologi, matematik och beräkningsvetenskap.

BildGabrielle Beans

Att förstå och förutsäga

I Umeå planerar Yanjun att utveckla sin forskning längs två nära sammankopplade spår. Det ena fokuserar på att förstå de molekylära mekanismerna bakom samspelet mellan gener och miljö, till en början med backtrav som modellsystem. Det andra bygger vidare på hans forskning om att förutsäga växters reaktioner och använda den kunskapen inom växtförädling, främst med grödor. På längre sikt hoppas han kunna utvidga forskningen till skogsträd.

Genom sin anknytning till både UPSC och IceLab har Yanjun goda möjligheter att förena dessa två delar av sin forskning.

– Jag tror att jag hade tur, säger han.

– Forskningsområdet är inte nytt, men det befinner sig mellan flera traditionella discipliner. Därför har det inte alltid varit lätt att hitta en forskningsmiljö som förenar dem.

Vid UPSC kan han knyta sin forskning närmare molekylär växtbiologi och skogsträdsforskning. Vid IceLab, där han också ingår i det tvärvetenskapliga komplexitetscentret Stress Response Modeling, kan han förena biologi med matematiska och beräkningsbaserade metoder.

Forskningsområdet är inte nytt, men det befinner sig mellan flera traditionella discipliner.

– Min bakgrund är framför allt inom biologi, genetik och kvantitativ genetik. Genom att vara en del av IceLab får jag möjlighet att kombinera det perspektivet med expertis inom matematik, statistik och beräkningsvetenskap, säger han.

Samtidigt tror Yanjun att hans biologiska bakgrund kan bidra till att identifiera vilka frågor som är värda att angripa med matematiska modeller.

– Vi är väldigt bra på att lösa problem, men inte lika bra på att identifiera problemen, säger han.

För Yanjun är kombinationen av dessa perspektiv avgörande för att utveckla modeller som inte bara beskriver data väl, utan också tar sig an relevanta biologiska frågor och i förlängningen kan bli användbara inom växtförädling och naturvård.

Att bidra till något som består

Det är inte första gången Yanjun bygger upp en forskargrupp. År 2023 började han leda sin egen grupp i Kina, en erfarenhet som förändrade hans syn på vetenskapligt ledarskap.

– Då var jag väldigt fokuserad på de vetenskapliga frågor som jag själv ville utforska. Jag ville prova det ena och det andra, säger han.

Efter flera år som gruppledare har hans prioriteringar förändrats. I dag är hans främsta prioritet att stödja forskarna i sin grupp och hjälpa dem att utvecklas. För Yanjun innebär det inte nödvändigtvis att förbereda alla för en akademisk karriär. De kan i stället ta med sig sina kunskaper till växtförädling, naturvård eller andra områden där de kan bidra.

Tidigare skulle jag förmodligen ha satt mina egna vetenskapliga intressen främst. Nu kommer stödet till forskarna i min grupp och bidraget till forskningsmiljön före det.

Hans andra prioritet är att bidra till forskningsmiljöerna vid UPSC och IceLab i stort, snarare än att arbeta fristående från dem.

– Jag vill arbeta med något som faktiskt är meningsfullt, antingen för forskarsamhället i stort eller för miljöerna här vid UPSC och IceLab, säger han.

Enskilda projekt tar slut och forskare går så småningom vidare, medan en stark forskningsmiljö kan leva kvar mycket längre. Det långsiktiga perspektivet har förändrat hur Yanjun väger sina olika prioriteringar som gruppledare.

– Den vetenskapliga nyfikenheten är fortfarande väldigt viktig för mig, säger han.

– Men tidigare skulle jag förmodligen ha satt mina egna vetenskapliga intressen främst. Nu kommer stödet till forskarna i min grupp och bidraget till forskningsmiljön före det.

Yanjun Zan hoppas på längre sikt kunna utveckla sin forskning mot träd.

BildMalin Grönborg

Tillbaka till ett andra hem

Flytten till Umeå innebär också en återkomst till ett land som Yanjun redan känner väl. Han kom till Sverige första gången 2013 och tillbringade omkring nio år här innan han flyttade till Kina. När han och hans fru började fundera på vart de skulle ta vägen härnäst kändes Sverige därför som ett naturligt alternativ.

– Vi känner Sverige så väl att det känns som ett andra hem, säger han.

Utanför forskningen tillbringar Yanjun gärna tid utomhus. Han springer gärna längs Nydalasjön, cyklar och promenerar och spelar regelbundet badminton och basket. Livet i Umeå ser också lite annorlunda ut den här gången. Nu har han hus, garage och trädgård – något han länge har sett fram emot.

– Nu kan jag också hålla på i trädgården, och jag tror att min son kommer att tycka om det, säger han.