Bästa kameratillbehöret: en nylonstrumpa

ErikaGrothTrädbakomstrumpaFick idén att trä en nylonstrumpa över objektivet för att få mjukare bilder från en gammal fotobok som jag lånade på biblioteket. Att andas på linsen så att den blir immig är ett annat tips på samma tema från en annan, nyare fotobok. Jag var så klart tvungen att testa båda.

Dessa tallar är faktiskt fotograferade i bra väder. Ett vanligt, skarpt foto av tallarna skulle ha varit riktigt tråkigt. Ett foto taget med en nylonstrumpa över linsen blir däremot dramatiskt, drömlikt och mycket mer spännande.

Bilden är minimalt redigerad. Den togs ursprungligen i färg, men jag har ändrat den till gråskala och ökat kontrasten en aning för att göra den lite mer dramatisk.

I fjällen för att prata om barrträd. Del 1: Konferensen

Ibland har man helt enkelt otur. Det har varit fantastiskt väder i Björkliden ett bra tag nu och väderleksrapporterna lovar fortsatt fantastiskt väder. Enda undantaget var helgen som var, d.v.s. när jag var där. Vi var drygt 50 forskare av flera olika nationaliteter som hade rest till Björkliden för att diskutera sekvenseringen av barrträdens arvsmassor och hur dessa data kan användas för forskning och för praktiskt skogsbruk. Huvuddelen av deltagarna var på ett eller annat sätt inblandade i antingen det svenska eller det kanadensiska grangenomprojektet. Tanken var att det amerikanska tallgenomprojektet också skulle delta, men med något enstaka undantag så backade de ur i sista stund.

Förutom folk från de två stora grangenomprojekten var också ganska många potentiella användare av informationen där, inklusive jag. Där fanns också representanter från mindre projekt som, med betydligt mindre budgetar, arbetar med att sekvensera och analysera andra barrträds arvsmassor. Några specialister på förädling var också där, men inga representanter från skogsindustrin.

Den främsta slutsatsen från konferensen var ungefär vad vad jag hade förväntat mig, nämligen att kvaliteten på de grangenomversioner som nu släppts är, rent ut sagt, usel. Dessa genomsekvenser kommer att bli viktiga resurser i framtiden, när de hunnit bli mer genomarbetade och kvaliteten har kontrollerats, men detta ligger ännu flera år in i framtiden. Det räcker nämligen inte med att bara läsa av granens DNA. Det kan göras snabbt och enkelt med dagens teknik, även för stora och komplicerade arvsmassor som barrträdens.

Problemet är att när man avläser DNA består resultatet i praktiken av små ”textsnuttar”, där ”texten” ifråga är skriven med ett alfabet som bara innehåller fyra bokstäver: A, T, C och G. Bokstäverna, som kallas för nukleotider eller baser, är förkortningar för molekylerna adenin, tymidin, guanin och cytosin. Man kan likna DNA vid en instruktionsbok som cellerna i en kropp använder för att de ska veta vad de ska göra och hur de ska göra det.

Verkligt exempel på två sekvenser från senaste versionen av poppelgenomet. Kan du hitta skillnaderna? Dessa sekvenser kan vara olika varianter av samma gen eller två olika men närbesläktade gener. Eller så är en (eller båda) helt enkelt fel. Vad tror du?

Med den teknik som genomprojekten använder är dessa ”textsnuttar” för det mesta några hundra nukleotider långa. Arvsmassan hos gran består av ungefär 20 miljarder sådana nukleotider. Småsnuttarna måste alltså pusslas ihop till en sammanhängande sekvens, vilket kallas för en genome assembly (ett sammansatt genom). Detta är ett enormt arbete som kräver en ofantlig datakraft, och för grangenomen har uppgiften hittills visat sig vara omöjlig.

Bioinformatikerna, d.v.s. dataprogrammerarna, som jobbar med detta har hittills lyckats pussla ihop större enheter på några tusen nukleotider, i vissa fall mer än tiotusen. Har man tur lyckas de ibland få med sekvensen för en hel gen i en enda sammanhängande enhet, men det är långt kvar till de miljarder av sammanhängande nukleotider som behövs för att man ska kunna prata om en ”riktig genomsekvens”.

Att pussla ihop genomet är inte ens den svåraste uppgiften. Det är först när man har en sammanhängande sekvens som det verkliga jobbet börjar. Då kan forskarna på allvar börja leta igenom sekvensen, försöka hitta t.ex. gener och markera vad som är vad. Detta, som kallas annotering, är i praktiken ett evighetsarbete, eftersom det alltid går att förbättra annoteringen av en genomsekvens.

Jämförande analyser av barrträdens arvsmassor baserat på dessa tidiga data bör alltså tas med en rejäl nypa salt, vilket inte verkar hindra folk från att kasta sig in i att göra just denna typ av analyser. Det är bättre att vänta på genomsekvenser av bättre kvalitet. Vi blev på konferensen lovade att nästa version av grangenomet kommer redan i höst, och den kommer att vara bättre. Lite oklart hur mycket bättre, men åtminstone bättre än den nuvarande. Så det är värt att leta lite i den nuvarande sekvensen, men man ska akta sig för att dra några slutsatser av vad man hittar där. Som så ofta annars gäller regeln skräp in, skräp ut även i detta fall.

Trots problemen med de nuvarande genomsekvenserna var det riktigt trevligt att tillbringa några dagar med att diskutera barrträd med andra som också är intresserade av dem. Sverige är visserligen ett land där skogsindustrin är väldigt viktig för ekonomin, men det innebär inte att jag brukar träffa särskilt många människor som är intresserade av träd.

Kommer snart: tur och retur till fjällen

Lapporten från Björkliden den 27 maj
Lapporten från Björkliden måndagen den 27 maj. Fotot är taget med webbkameran på www.bjorkliden.com.
Samma sak idag
Samma utsikt fotograferad idag, drygt två veckor senare.

Ska inom kort till Björkliden för att delta i en vetenskaplig konferens om barrträdens arvsmassor. Vid den här tiden på året kan Björkliden innebära allt från vinterväder och skidåkning till sommar, sol och bad. Följer därför med viss spänning vårens inträde där uppe via hotellets webbkamera för att försöka lista ut om jag bör packa sommarkläder, vårkläder eller vinterkläder. För en månad sedan var det fortfarande snö överallt, men sedan dess har snösmältningen gått snabbt. Nu verkar snön huvudsakligen vara borta, och det grönskar för fullt. Ganska lovande alltså…

Björkliden ligger vid den enda väg som finns i denna del av Sverige. Vägen följer i princip den mycket äldre malmbanan mellan Kiruna och Narvik. Senast jag besökte Björkliden var för nio år sedan när jag tillbringade en extremt regnig sommar med att studera botanik i Abisko. Då fastnade jag i området när en vägbro mellan Abisko och Kiruna spolades bort av det forsande vattnet. Eftersom de flesta i Abisko hade bil, och varken ville överge bilen eller köra en gigantisk omväg via Norge, så var det ganska mycket folk som blev kvar betydligt längre än de hade tänkt sig på fjällstationen i Abisko i väntan på att bron skulle byggas upp igen. Omständigheterna gjorde faktiskt att folk var öppnare och trevligare mot varandra än vad turister brukar vara, men vi får ändå hoppas att det går bättre denna gång.

En molekylärbiolog i fält

Har denna vecka samlat in växtmaterial från barrträd för kommande experiment. Det är inte så ofta man som molekylärbiolog jobbar utomhus, så det gäller att ta vara på de chanser man får. Strålande försommarväder med skinande sol passar utmärkt.

Växtmaterialet ska jag sedan använda för att klona gener och studera deras aktivitet, men först måste det samlas in och frysas ner (i flytande kväve!). Eftersom t.ex. unga kottar bara finns en gång per år, i bästa fall, kan man inte vänta tills man ska göra experimenten, utan det är växterna som bestämmer när insamlingsperioden är. Sedan får materialet ligga i -80°C i frysen tills jag ska använda det.

Jag ville egentligen ha tag i unga grankottar, men jag har inte hittat en enda ung grankotte i Stockholm i år. Varken honor (frökottar) eller hanar (pollenkottar). Granar gör ofta kottar med några års mellanrum, och detta år är uppenbarligen inget kottår.  Tallarna däremot har massor av kottar, så det fick bli tallkottar istället.

Hos både gran och tall är de unga kottarna vackert knallröda. Hankottarna vissnar efter pollineringen, eftersom de inte längre behövs. Honkottarna byter istället färg och blir bruna. De är inte färdigutvecklade förrän fröna släpps. Stark färg precis vid pollineringen brukar vara kännetecknande för djurpollinerade växter. Problemet är att alla är helt överens om att både tall och gran är vindpollinerade. Inga djur är inblandade! Visserligen finns det andra nakenfröiga växter som är insektspollinerade, men inte just dessa. Så varför knallröda kottar? Ingen verkar ha någon bra förklaring.

Unga honkottar (tall)
Unga honkottar (tall)
Hankottar som släpper pollen (tall)
Hankottar som släpper pollen (tall)
Unga hankottar (tall)
Unga hankottar (tall)

Det är inte bara barrträden som har kommit igång. Här blommar det för fullt. Jag hittade bland annat blommande liljekonvaljer nära jobbet.

I Stockholm blommar liljekonvaljerna.
I Stockholm blommar liljekonvaljerna.

 

Granens arvsmassa – version (nästan) 1.0

Barrträdens gigantiska arvsmassor har länge ansetts vara för stora för att kunna avläsas och analyseras i sin helhet, men på senare år har flera parallella forskningsprojekt tagit sig an utmaningen. De största är det svenska granprojektet som främst fokuserar på svensk gran (Picea abies), ett kanadensiskt projekt som fokuserar på vitgran (Picea glauca) och ett amerikanskt projekt som främst satsar på loblollytall (Pinus taeda). Stora delar av vitgranens arvsmassa har faktiskt varit offentligt tillgängliga ett bra tag nu, men tyvärr bara i ett hopplöst opraktiskt format som man måste vara dataprogrammerare (med rejält med tillgängliga datorresurser) för att kunna utnyttja. Produktionen av den genomsekvensen publicerades officiellt den 22 maj i Bioinformatics.

Betydligt mer uppmärksamhet har publikationen av den svenska granens arvsmassa fått. Den publicerades samma dag i Nature. Svenskarnas artikel är bättre i den bemärkelsen att den innehåller en del jämförande analyser av arvsmassan. Förutom granens arvmassa har de även sekvenserat svensk tall (Pinus sylvestris), sibirisk ädelgran (Abies sibirica), en (Juniper communis), idegran (Taxus baccata) och en gnetumart (Gnetum gnemon), fast dessa sekvenser är av sämre kvalitet än gransekvenserna.

För att sammanfatta vad de kommit fram till så verkar gran ha ungefär lika många gener som andra växter. Anledningen till att barrträdsgenomen är så gigantiska verkar vara att de är fulla av så kallade transposoner. Transposoner är bitar av DNA som hoppar runt i arvsmassan, och ofta dessutom kopierar sig själva på köpet. Barrträden verkar vara sämre än många andra arter på att rensa bort dessa, med resultatet att deras arvsmassa har svällt till enorma proportioner. Transposoner kan också ställa till det för växterna när de hoppar runt. Om de hoppar in i en aktiv gen kan de i värsta fall slå sönder genen och göra den icke-funktionell. Transposoner kan vara anledningen till att många av de gener som forskarnas dataprogram identifierar i granens arvsmassa verkar ha mycket stora introner.

Gran har ungefär samma antal gener som andra växter (a). Däremot verkar intronerna vara ovanligt långa (b). Källa: Nystedt m.fl. Nature (2013)
Gran har ungefär samma antal gener som andra växter (a). Däremot verkar intronerna vara ovanligt långa (b). Källa: Nystedt m.fl., Nature, 2013

 

Tyvärr har forskarna bara lyckats sekvensera delar av granens arvsmassa, och de har faktiskt inte lyckats pussla ihop sina sekvenser till en sammanhängande DNA-sekvens. Det som finns är olika bitar av arvsmassan, avlästa var för sig. Det är alltså fortfarande i praktiken ett ”fläckvis” grangenom som nu offentliggörs. Jag testade att söka på sekvenserna från ett par opublicerade grangener jag arbetade med som doktorand. De hade lyckats identifiera snuttar av båda sekvenserna, men inte hela generna. Så det finns massor av jobb kvar att göra innan vi har ett verkligt användbart grangenom. Vill du hjälpa till? Det är bara att gå till ConGenIE-sidan och sätta igång.

Birol m.fl. (2013). Assembling the 20 Gb white spruce (Picea glauca) genome from whole-genome shotgun sequencing data. Bioinformatics. doi: 10.1093/bioinformatics/btt17 (open access)

Nystedt m.fl. (2013) The Norway spruce genome sequence and conifer genome evolution. Nature. doi:10.1038/nature12211 (open access med ”Creative Commons licence”)

Pollineringens historia

Att blommo2009_08020166rnas och insekternas evolution har följts åt och drivit på varandra är ingen nyhet, men hur uppstod detta samarbete? Darwins klassiska teori om naturligt urval fungerar utmärkt för att förklara varför samarbetet mellan blommor och pollinerare fortsatte och utvecklades vidare när det väl uppstått, men förklarar inte hur och när samarbetet uppstod till att börja med.

Naturligt urval innebär i korthet att de individer som är bäst anpassade till sin livsmiljö är mest sannolika att få barn som i sin tur överlever till vuxen ålder och själva blir föräldrar. Naturligt urval är en konsekvens av två saker. Att resurserna inte är oändliga och att olika individer av samma art inte är helt identiska och därmed inte har samma förutsättningar. Dessa två observationer kan verka självklara, men dessa enkla insikter har ofta ignorerats och förnekats av religiösa och ideologiska skäl.

Ofta förutsätts det att insektspollinering var en innovation som uppstod med blommorna. Det stämmer inte. De nakenfröiga växterna har också pollen som behöver föras till fröämnena i honkottarna. Idag är barrträd och ginkgo undantagslöst vindpollinerade, men både kottepalmer och gnetaler är insektspollinerade.

Gnetaler producerar söta pollineringsdroppar både han- och honkottar, vilket lockar pollinerare. Kottepalmer producerar också pollineringsdroppar, men de är inte lika söta. Deras pollinerare äter istället pollen och andra växtdelar. Möjligen lockas insekterna till kottarna av att pollineringsdropparna luktar gott (om man är en insekt). Även barrträd och ginkgo har pollineringsdroppar. De utsöndras från fröämnena och används för att suga in pollen i själva fröämnet och att för att få pollenkornen att gro.

Den äldsta fossila växten med anpassningar som associeras med insektspollinering var en fröormbunke som levde under karbonperioden. Insektspollinering blev dock aldrig något dominerande mode bland fröormbunkar som generellt föredrog vindpollinering. Även under Mesozoikum var kottepalmer och gnetaler insektspollinerade, och under senare delen av perioden dök ju blomväxterna också upp, men under Mesozoikum fanns dessutom insektspollinerade barrträd (specifikt familjen Cheirolepidiaceae) och bennettiter. Bennettiterna var en utdöd grupp av fröväxter som hade tvåkönade kottar och två integument i fröämnena. Eftersom deras kottar påminde en aning om blommor har de ofta kopplas till blomväxternas evolution, men hur det ligger till med den saken är inte avgjort.

De nakenfröiga växterna använde alltså insektspollinering långt innan det fanns några blommor. De använder dessutom åtminstone delvis samma sorts signaler som blommorna för att locka pollinerare. Den uppenbara slutsatsen är därför att blomväxterna sannolikt helt enkelt övertog sina pollinerare från de nakenfröiga växterna. Blommornas insektspollinering var inte alls någon innovation! Blomväxterna övertog och vidareutvecklade ett samarbete som redan var gammalt och väl inarbetat. Att blomväxterna och insekterna sedan tillsammans tagit detta samarbete till helt nya höjder är en annan historia.

Kommentar: Gnetaler är mitt egenpåhittade namn på växter i ordningen Gnetales, vilken idag består av de tre släktena Gnetum, Ephedra och Welwitschia. Så vitt jag vet finns det inget etablerat svenskt namn på ordningen, vilket behövs om man ska kunna prata om fröväxternas evolution på svenska.

Referens: Labandeira m.fl. (2007) Pollination drops, pollen, and insect pollination in Mesozoic gymnosperms. Taxon 56, s. 663 (tips: googlar du lite kan du hitta denna artikel som gratis pdf)

Amborella är sekvenserad

I sydvästra Stilla havet, öster om Australien, finns en ögrupp som har en speciell plats i hjärtat hos alla trädälskare – Nya Kaledonien! Här finns många unika och spännande arter av både växter och djur. En mycket viktig sådan för evolutionsbiologerna är det lilla trädet Amborella trichopoda, vilket är den enda arten i släktet Amborella. Det har visat sig att Amborella utgör en egen gren allra längst nere vid roten av de nutida blomväxternas släktträd. Man kan alltså säga att Amborella är en kusin till alla andra nu levande blomväxter.

Nu har en grupp av amerikanska forskare under ledning av Claude W. dePamphilis släppt en preliminär version av Amborellas sekvenserade arvsmassa (www.amborella.org). Detta ger helt nya möjligheter att studera blomväxternas evolution. Alla blomväxter som tidigare fått sina arvsmassor sekvenserade är nämligen antingen enhjärtbladiga växter (t.ex. ris och majs) eller tvåhjärtbladiga växter (t.ex. poppel, sojaböna och äpple), men Amborella tillhör alltså istället en annan, mycket äldre grupp av blomväxter.

Utöver blomväxter har också en lummerväxt (Selaginella moellendorffii) och en mossa (Physcomitrella patens) fått sina arvsmassor sekvenserade. Vad som saknas är en ormbunke och en nakenfröig växt, och så skulle naturligtvis en levermossa också vara bra. Ormbunken får vi nog vänta på, men på andra sidan Atlanten har de faktiskt släppt preliminära versioner även av de sekvenserade arvsmassorna av vitgran (Picea glauca) och loblollytall (Pinus taeda). Tyvärr verkar det vara bara i form av stora nedladdningsbara filer, vilket är alltför ohanterligt förutom för de mest fanatiskt intresserade dataprogrammerarna. Dessa data lär dock med tiden dyka upp i mer hanterligt format. Det stora svenska initiativet att sekvensera arvsmassan hos den svenska granen (Picea abies), som det var sådant ståhej om i media under 2010, har hittills inte genererat några allmänt tillgängliga data, men vi får väl se…

Kottar kan också vara hermafroditer!

Blomman är e1107100005n av de största innovationerna i evolutionshistorien. Detta uttalande upprepas i det oändliga när man studerar växtbiologi. Problemet är att man inte vet hur blomman har uppstått, eftersom de äldsta blomfossil som finns redan ser ut som perfekta små blommor! Det råder dock ingen brist på idéer och spekulation om hur det kan ha gått till.

En av de viktigaste skillnaderna (enligt evolutionsbiologerna) mellan blommor och barrträdskottar är att blommor är hermafroditer, d.v.s. de är tvåkönade med både hanliga och honliga reproduktionsorgan i samma struktur. I mitten sitter pistillen (honan) och runt den sitter ståndarna (hanarna). Ordningen med pistillen på toppen och ståndarna runt omkring är mycket stabil. Det finns bara två kända undantag, den mexikanska blomman Lacandonia schismatica och vissa blommor i familjen Hydatellaceae, där ståndarna sitter i mitten omgivna av pistiller.

2010_0515enbär_o_grankottar0057Enkönade blommor bildas genom att pistill eller ståndare aborteras eller så är den ena av dem steril. I barrträden däremot är pollenkottar (hanarna) och frökottar (honorna) helt separerade redan från början. De har till och med olika evolutionära historier bakom sig (lite mer om det finns att läsa under ”Min forskning”). Detsamma gäller de flesta nakenfröiga växter. MEN, det finns undantag! Många barrträd som normalt har enkönade kottar gör ibland istället hermafroditiska kottar, med både pollensäckar och fröfjäll. Hanorganen sitter även här alltid i den nedre delen av kotten och honorganen i den övre delen.

Lluvia Flores-Rentería m.fl. publicerade 2011 en studie i American Journal of Botany där de utförde korsningar för att testa om han- och honorganen i en hermafroditisk tallkotte var fertila. Både pollen och fröämne visade sig fungera som de skulle. Trots att tvåkönade barrträdskottar varit kända åtminstone sedan 1800-talet verkar det inte som att det tidigare slagit någon att testa om dessa kottar verkligen fungerar som de ska när det gäller sex och reproduktion.

Men varför får dessa barrträd plötsligt för sig att göra tvåkönade kottar istället för enkönade? Hur går det egentligen till när det bestäms om det ska bildas pollensäckar eller fröfjäll i det lilla kottanlaget? Man vet sedan tidigare att samma molekyler i både barrträdskottar och blommor bestämmer om de små organanlagen ska bli ett hanorgan eller ett honorgan, så det är åtminstone delvis samma molekylära mekanismer som kontrollerar blommornas och kottarnas utveckling. Men man har fortfarande ingen aning om varför vissa barrträdskottar innehåller både pollensäckar och fröfjäll. Någonting måste vara annorlunda i dessa kottar jämfört med de vanliga kottarna, men vad? På senare år har molekylärbiologerna så smått börjat intressera sig för frågan, men ännu har det inte lett till någon vetenskaplig publikation. Kanske kan denna mystiska mekanism vara en viktig ledtråd till hur det egentligen gick till när blomman bildades?

Vill du veta mer?

Rudall m.fl. (2011). Recurrent abnormalities in conifer cones and the evolutionary origins of flower-like structures. Trends in Plant Science 16(3), s. 151

Flores-Rentería m.fl. (2011) Functional bisporangiate cones in Pinus johannis (Pinaceae): Implications for the evolution of bisexuality in seed plants. American Journal of Botany 98(1), s.130