Institutionen för organismbiologi

Pågående forskning vid fysiologisk botanik

Evolution och utvecklingen av reproduktionsorganen hos växter

Vi har jämfört de stora morfologiska skillnaderna i de honliga reproduktionsorganen hos huvudgrupperna av barrträd, genom att studera en rad utvecklingsreglerande gener med potentiella funktioner i honlig organutveckling. Genom detta har vi konstaterat att utvecklingen av olika morfologier kan kopplas ihop med en förskjutning av aktiveringen av reproduktiv utveckling, i förhållande till den årstidsvariationen. Genom liknande tillvägagångssätt, i kombination med användning av en naturligt förekommande mutant, har vi tillhandahållit molekylärgenetiskt stöd för teorin att fröämnesbärande organ hos barrträd har utvecklats genom en reduktion av en komplex skottstruktur.

Kontaktperson: Peter Engström

GENETISK OCH MOLEKYLÄR KONTROLL AV LEDNINGSVÄVNADENS UTVECKLING

I multicellulära organismer sker utveckling av vävnader och organ genom celldelning, följt av koordinerad differentiering av dottercellerna. Nyckelfrågor inom utvecklingsbiologi är därför hur detta kan ske: vilka signaler bestämmer vilken typ av celler som ska bildas? Hur kan celler kommunicera med varandra för att komplexa vävnader med olika celltyper ska kunna anläggas? Hur balanseras celldelning och celldifferentiering? I växter tas vatten och näring upp genom rötterna och transporteras sedan till resten av växten via ledningsvävnaden. Ledningsvävnaden uppträder i art- och organspecifika mönster. För att studera hur ledningsvävnadscellerna specificeras, hur dessa mönster etableras och hur ledningsvävnadscellerna utvecklas använder vi oss av roten hos modellväxten Arabidopsis. Anledningen till vårt fokus på roten hos Arabidopsis är att den är anatomiskt ovanligt enkelt organiserat så avvikelser lätt kan spåras och studeras, och genom att roten växter kontinuerligt kan vi följa cellernas differentieringsprocess. Vi har i vår forskning visat att en grupp av transkriptionsfaktorer som hör till klass III HD-ZIP-familjen reglerar identiteten hos de vattentransporterande xylemcellerna. Nivåerna av dessa faktorer bestäms av en intrikat signalering mellan ledningsvävnaden och omkringliggande vävnad. Ett mikro-RNA som begränsar HD-ZIP III-faktorernas mRNA bildas i endodermis som omger ledningsvävnaden och rör sig sedan in till ledningsvävnaden. Detta leder till att HD-ZIP III-mRNA degraderar i högre utsträckning i ledningsvävnadens periferi, och mindre i centrum. Höga HD-ZIP III nivåer specificerar metaxylem, lägre nivåer ger protoxylem. Det är dock oklart hur HD-ZIP III faktorerna kan kontrollera detta. Vår forskning handlar därför om att reda ut de genetiska och molekylära faktorer som styr mönsterbildningsprocesser och vi fokuserar på hur HD-ZIP III faktorer interagerar med olika typer av molekylära signaler mellan celler. Vi har också nyligen etablerat ett projekt där vi analyserar hur granens ledningsvävnad anläggs och jämför med det vi känner till hos modellväxten Arabidopsis och andra angiospermer. Projektet syftar dels till att öka vår förståelse för hur utvecklingsprocesser regleras hos gymnospermer, men också till att finna potentiella markörer för vedkvalitet och tillväxt, vilka skulle kunna underlätta förädlingsarbetet på gran.  

Kontaktperson: Annelie Carlsbecker

Genetisk reglering av växtstress anpassning

Vetenskapliga studier har försett oss med en stor mängd information om klimatförändringens påverkan. Vattenbrist, som en direkt konsekvens av den pågående globala uppvärmningen,  äventyrar livsvillkoren för många levande varelser. För växter, som inte kan förflytta sig, utgör vattenbrist ett särskilt betydande hot. Kortvarig exponering för torka ger en minskning av tillväxt och fröproduktion och påverkar jordbruks- och skogsbruksnäringen världen över, men hotar även överlevnaden om torkan blir bestående. Därför är möjligheten att kunna anpassa sig till icke gynnsamma förhållande särskilt viktig för dessa organismer.

Som svar på en ogynnsam miljö måste växter ändra sina genetiska och fysiologiska mekanismer vilka styr adaptiva responser och resulterar i ökade chanser för överlevnad. En del av den genetiska responsen för att överleva torka styrs av speciella gener, s.k. homeodomän-leucine zipper-gener (HD-Zip I). Dessa gener har aldrig hittats i andra organismer än växter och kodar för proteiner som reglerar aktiviteten av målgener i sitt svar på stimuli. Vår kunskap om den exakta funktionen och regleringen av dessa proteiner i växters förmåga att hantera stressituationer är mycket begränsad. I studien kommer vi att försöka svara på följande frågor: Är mer än ett protein varianter kodat av en HD-Zip gen som ett resultat av olika miljöfaktorer? Vilka är målgenerna för HD-Zip-proteinerna och hur är de reglerade? Kan specifika proteiner på olika sätt reglera samma målgen? Kan samma HD-zip-gen delta i flera olika signaleringsvägar? Vår forskning syftar till att ge kunskap om meningen med, och den transkriptionella regleringen av, HD-Zip I gener, fokuserat på förståelsen av de naturliga mekanismerna för signal-transduktion som är involverad i växtens svar på torkstress.

Kontaktperson; Peter Engström, Ana Elisa Valdés