Inte generna, utan hur de samverkar, gör ett träd till ett träd

Eduardo Rodriguez Soldado har länge fascinerats av DNA och hur en enda molekyl rymmer nyckeln till allt känt liv.

– Jag ville förstå hur en sekvens av A, C, T och G kan leda till ett levande ekosystem, säger han.

Nyfikenheten ledde honom så småningom till en av naturens mest imponerande livsformer: trädet. I sin doktorsavhandling i Nathaniel Streets forskargrupp vid Umeå Plant Science Centre och Umeå universitet ville han förstå de genetiska mekanismerna bakom träbildning hos både barrträd och lövträd – och ta sig an en till synes enkel fråga.

En fråga som gömmer sig i det uppenbara

Huvudfrågan i avhandlingen kan vid första anblick verka nästan naiv: Vad gör egentligen ett träd till ett träd?

– Det är lätt att titta på träd och tro att de tillhör en enda grupp av arter som alla härstammar från en gemensam förfader och sedan har utvecklats i olika riktningar. Men så är det inte, förklarar han.

– Träd är inte en enda evolutionär grupp - de är en fenotyp, en tillväxtform som har uppstått flera gånger i olika växtklader.

Biologiskt sett är ett träd en växt som kan bilda och upprätthålla vedartad vävnad, det vill säga cellskikt med starka, ligninrika cellväggar. De ger stabilitet och gör det möjligt för växter att bli både höga och långlivade.

– Ju högre en växt växer, desto mer solljus kan den fånga upp - och desto mer kan den skugga sina konkurrenter, säger han.

Den förmågan förändrade livet på land.

– Den gjorde det möjligt för skogar att uppstå och banade väg för några av jordens rikaste ekosystem, säger han.

Men den verkliga nyckelinnovationen är det utvecklingsprogram som producerar trä. Och det var just detta som han ville förstå.

Tall var ett av de sex olika trädslagen som Eduardo Rodriguez Soldado undersökte i sin doktorsavhandling.

Bild Sonali Ranade

Sex arter, hundratals prover

För att göra det jämförde han genaktivitet och genomdata från sex trädarter: gran, tall och contortatall bland barrträden samt asp, björk och körsbär bland lövträden. Prover togs från trädstammar under den mest intensiva delen av växtsäsongen. På så sätt skapades en detaljerad serie av utvecklingsstadier i trävävnaden – från de innersta till de yttersta lagren av stammen.

– Totalt genererade vi mer än 400 prover och en stor mängd data som vi fortfarande analyserar, säger han.

Genom att kombinera dessa data med jämförande genomik och metoder anpassade för trävävnader kunde han kartlägga hur gennätverk fungerar hos arter som har utvecklats åtskilda i hundratals miljoner år.

Inte nya gener – utan omkopplade nätverk

Hans resultat bekräftade vad tidigare forskning antytt: det finns inga särskilda ”trädgener” som sätter igång träbildningen. Avgörande är i stället hur generna regleras.

– Kärnprogrammen för träbildning är bevarade mellan arter, säger han.

– Den evolutionära innovationen ligger i hur varje släktlinje kopplar om sina regulatorer.

Det är som olika symfonier som spelas med samma uppsättning av instrument.

Träd använder alltså i stor utsträckning samma genetiska verktygslåda, men på olika sätt. Skillnaden avgörs av regleringsnätverken - hur gener aktiveras, hur de samverkar och hur dessa interaktioner styr utvecklingen.

– Det är som olika symfonier som spelas med samma uppsättning instrument, säger han.

Likheterna mellan så avlägsna släktlinjer överraskade både honom och hans kollegor. Även mellan barrträd och lövträd, som har utvecklats åtskilda under mycket lång tid, var många mönster i genaktiviteten anmärkningsvärt lika.

En av biologins svåraste vävnader

Insikterna kom dock inte utan svårigheter. Trä är en av de mest krävande vävnaderna att analysera på molekylär nivå. Mogna delar är kraftigt lignifierade, vilket gör det mycket svårt att extrahera RNA och DNA av hög kvalitet.

Många provserier behövde därför upprepas flera gånger. Även standardmetoder för extraktion och avancerade tekniker för att studera hur proteiner binder till DNA behövde anpassas för träslag.

– Jag kan knappt tänka mig en svårare vävnad att arbeta med, säger han.

– En stor del av min doktorandtid gick åt till att förbättra tekniker och anpassa molekylära protokoll. Det var en utmanande omväg, men den ledde till mer robusta verktyg.

Arbetet resulterade så småningom i förbättrade protokoll och genomiska resurser som nu kan hjälpa andra forskare att studera hur trä bildas.

Eduardo Rodriguez Soldado under sin disputation vid Umeå universitet.

Bild Zeynep Yağmur Karova

Kunskap som kan stärka framtida skogar

Även om arbetet i grunden drivs av vetenskaplig nyfikenhet får resultaten betydelse långt utanför laboratoriet.

Träd spelar en central roll för koldioxidlagring, skogsbruk och biobaserade industrier. En bättre förståelse av hur regleringsnätverk styr träbildning kan hjälpa förädlare att välja träd som är bättre anpassade till framtida klimat eller optimera egenskaper som trätäthet och vedens sammansättning.

– Vårt arbete ger jämförande genomiska resurser, särskilt för barrträd där sådana data fortfarande är begränsade. Dessa resurser kan bidra till utvecklingen av bioenergi, förbättra förädlingsstrategier och stärka mer motståndskraftiga skogar, säger han.

För Eduardo Rodriguez Soldado har projektet också format nästa steg i hans karriär. När han nu avslutar sin doktorsexamen arbetar han med att färdigställa analyser, sidoprojekt och manuskript som vuxit fram ur avhandlingen. Med en bakgrund inom biokemi, växtbioteknik och bioinformatik känner han sig redo för nya utmaningar – kanske utanför akademin.

– Jag är nyfiken på att se vart de resurser vi har skapat kommer att leda och vilka nya forskningsgrenar som kan växa fram ur dem, säger han.

– Jag vill fortsätta utveckla genomiska verktyg – kanske inom industrin, där jag kan arbeta med praktiska tillämpningar.