Vilket är ditt favoritgennamn?

Mitt favoritgennamn är TIME FOR COFFEE. Denna gen är inblandad i att ställa backtravens inre klocka så att växtens dygnsrytm följer det verkliga dygnet. TIME FOR COFFEE påverkar dygnsrytmen under den senare delen av natten. Namnet syftar på att detta är en tid på dygnet då människor vanligen behöver kaffe för att kunna göra någonting överhuvudtaget. När man studerar dygnsrytmer är man ofta tvungen att vara på labbet dygnet runt för att ta prover, så jag misstänker att citatet nedan var baserat på personlig erfarenhet.

”We located TIC function to the mid to late subjective night, a phase at which any human activity often requires coffee”*

Det finns en lång tradition bland växtgenetiker att döpa mutanta växter till något som anspelar på mutantens avvikande utseende. Namnet får gärna vara komiskt eller anspela på något som alla antas känna till. En backtravsmutant vars blommor har extra många ståndare på bekostnad av pistillen (eller snarare karpellerna i pistillen) kallas till exempel superman. Superman är ju det engelska namnet på Stålmannen.

När den molekylära genetiken slog igenom inom växtbiologin för ca 20-25 år sedan kunde forskarna för första gången identifiera de muterade gener som orsakade avvikelserna hos växtmutanterna. Plötsligt hade gener gått från att vara ett abstrakt, statistiskt begrepp till att vara något fysiskt som fanns på riktigt. Något som finns på riktigt behöver ett namn, så dessa gener fick ärva namnet från mutanterna. Mutanten superman har alltså en mutation i genen SUPERMAN.

Det finns vissa komplikationer, men i princip fungerar detta namngivningssystem ganska bra. I alla fall efter att man införde skrivregler för att undvika den förvirring som kan uppstå när olika saker har samma namn. I de flesta (men inte alla) växtarter skrivs numera gennamn med kursiverade stora bokstäver, proteinnamn med icke-kursiverade stora bokstäver och mutantnamn med kursiverade små bokstäver.

*Citatet kommer från Anthony Hall m.fl. (2003) The TIME FOR COFFEE Gene Maintains the Amplitude and Timing of Arabidopsis Circadian Clocks. The Plant Cell 15(11): 2719-2729. TIC är den officiella förkortningen av TIME FOR COFFEE. Forskare har ofta ett starkt behov av att hitta på förkortningar för allting, oavsett om det behövs eller inte.

Att fotografera riktigt små detaljer

Makroobjektiv ger bra närbilder, men vill man ha riktigt ordentlig förstoring behöver man koppla kameran till ett mikroskop istället för ett objektiv. Här är ett par exempel på mikroskopfoton av genaktivitet i en ung grankotte som jag tog när jag var doktorand. Dessa foton är tagna med en Hamamatsukamera monterad på ett Leica Leitz DMRXE-mikroskop.

Kotten är uppskuren i 7 mikrometer tjocka snitt och märkt med en radioaktiv sond som anger var just denna gen är aktiv (det är det som lyser gyllengult på den undre bilden). Radioaktiviteten från sonden fångas på fotografisk emulsion, som sedan framkallas på sedvanligt sätt, så jag tillbringade rätt mycket tid i mörkrum som doktorand…

ErikaGrothGrankotteÄldreLjusfältErikaGrothGrankotteÄldreMörkfält

Som doktorand använde jag ibland även elektronmikroskop för att avbilda riktigt små detaljer av växters yta. Jag har letat igenom mina gamla filer för att försöka hitta några bilder av kottar tagna med elektronmikroskopet, men jag verkar tyvärr inte ha kvar några sådana bilder.

En blöt dag i Botaniska trädgården

Köpte ett begagnat makroobjektiv samtidigt som jag köpte kameran. Jag visste att det skulle bli ett favoritobjektiv. Tog med kameran med makroobjektivet till Botaniska trädgården idag. När jag kom dit började det tyvärr att spöregna. Eftersom det var nästan en timme kvar tills både växthuset och caféet skulle öppna tog jag skydd under parasollerna på den stängda uteserveringen och väntade. Medan jag väntade på att tropiska växthuset skulle öppna roade jag mig med att fotografera regndroppar som slog ner på stolsryggarna så att vattnet stänkte åt alla håll.

De första timmarna öste regnet ner.
De första timmarna öste regnet ner.

När växthuset till sist öppnade var jag i paradiset. Ett makroobjektiv är perfekt för att fotografera växter. När jag till slut kom ut igen hade det äntligen slutat regna, så jag passade på att fotografera några av växterna i nytto- och köksväxtlandet också. Där kröp det omkring små djur på flera av växterna, som naturligtvis fick agera fotomodeller.

ErikaGroth130714blomradErikaGroth130714lotusErikaGroth130714blommorpåbladErikaGroth130714rödablommorErikaGroth130714lökErikaGroth130714snigel

Dubbla hot mot gott kaffe

När man bor så långt norrut som vi gör här i Sverige är ett varmare klimat i princip goda nyheter, men nu har det visat sig att de pågående klimatförändringarna kan utgöra ett hot mot något som de flesta svenskar verkligen bryr sig om – gott kaffe. Aaron Davies jobbar på den berömda botaniska trädgården Kew Gardens i London. Han har tillsammans med Susana Baena, Justin Moat och Tadesse Woldemariam Gole publicerat en mycket uppmärksammad vetenskaplig studie i PLOS ONE med titlen The Impact of Climate Change on Indigenous Arabica Coffee (Coffea arabica): Predicting Future Trends and Identifying Priorities. Vad de har gjort är att använda klimatmodeller för att förutsäga framtidens klimat i arabicakaffets naturliga utbredningsområde, vilket huvudsakligen ligger i Etiopien. Utifrån detta försöker de förutsäga hur de kommande klimatförändringarna kommer att påverka kaffet. Deras prognos är dyster för arabicakaffets framtid. (Länk till radioprogram på P1 om detta.)

Även om det finns många vilda kaffearter så står endast två arter tillsammans för nästan all världens kaffeproduktion: Coffea arabica (arabiskt kaffe eller arabicakaffe) och Coffea canephora (robustakaffe). Arabicakaffe anses smaka bättre än robustakaffe, men smaken påverkas av temperaturen och det räcker med en liten temperaturökning för att smaken ska försämras. Dessutom växer inte arabicakaffe alls vid höga temperaturer. Aaron Davies och hans kollegor varnar för att ett varmare klimat kan leda till sämre kaffesmak och i värsta fall helt utrota arabicakaffet. Nu ska man komma ihåg att varningarna bygger på förutsägelser om framtiden, vilka per definition alltid är osäkra, men det innebär inte att man kan strunta i hotet om man vill säkra tillgången på gott kaffe i framtiden.

Kaffe är världens näst största (lagliga) handelsvara, efter olja, så ett hot mot kaffet är inte bara ett irritation för alla världens kaffeälskare. Problem med kaffeproduktionen påverkar även den globala ekonomin. Och problem finns här och nu, inte bara i framtiden. Ett stort utbrott av svampsjukdomen kaffebladsrost orsakar i dagsläget enorma problem för Centralamerikas kaffeplantager. Kaffebladsrost orsakas av svampen Hemileia vastatrix. Detta är samma sjukdom som på 1800-talet slog ut kaffeproduktionen på Ceylon (dagens Sri Lanka), vilket förvandlade England från ett kaffedrickande land till ett tedrickande land.

Enligt den internationella kaffeorganisationen är detta den värsta epidemin av denna sjukdom som någonsin drabbat Centralamerika. Mer än hälften av odlingsarean är påverkad, vilket har lett till minskad skörd och försämrad kvalitet på det centralamerikanska kaffet. Nu har skördarna i framför allt Brasilien varit tillräckligt stora för att kompensera för förlusterna i Centralamerika, så råvarupriset på kaffe har inte påverkats särskilt mycket av svampangreppen, men förlusterna för odlarna i Centralamerika är stora. Denna svamp finns idag i princip överallt där kaffe odlas och den verkar inte försvinna när den väl fått fotfäste, så mer problem är att vänta i framtiden. Speciellt eftersom den tänkta långtidslösningen på problemet är att fara till Etiopien och välja ut nya, vilda kaffesorter som är motståndskraftiga mot svampen – vilket är precis den resurs som är hotad om Kewforskarna har rätt i sina prognoser.

I fjällen för att prata om barrträd. Del 2: Fjällen

Eftersom det är dagsljus dygnet runt tillbringade jag och andra kvällar och ibland nätter med att vandra i fjällen vid hotellet. Fotot är taget vid 11-tiden på kvällen.
Foto av mig taget vid 11-tiden på kvällen. Fotograf: Henrik Aspeborg (med min kamera)

Det var som sagt inget vidare väder när vi var i Björkliden. Jag försökte ta lite snygga bilder på Lapporten, som jag kunde se från hotellrummet, men den var täckt av låga moln nästan hela tiden. Lyckades i alla fall få några hyggliga foton. Eftersom det är midnattssol nu i norra Norrbotten är det dagsljus även på kvällar och nätter. De flesta av konferensdeltagarna tyckte att midnattssolen var spännande, men för vissa svalnade entusiasmen när de fick problem med att sova. Hotellet hade rejält tjocka gardiner i fönstren, vilket gjorde rummen rätt mörka, men det räckte inte för alla.

Lapporten
Lapporten
Smörboll (Trollius europaeus)
Smörboll (Trollius europaeus)

Jag och andra drog fördel av ljuset och tillbringade en del tid sent på kvällarna med att vandra i fjällen. Mycket blommor hade redan slagit ut, och jag såg några fina vattenfall. Tyvärr var de fjällbjörkar som fanns i området huvudsakligen kala, efter att ha fått bladen uppätna av björkmätarlarver. Det är nu andra året i rad som det är utbrott av björkmätarlarver uppe i Björklidenområdet, och det gör att fjällbjörkarna ser kala och döda ut. De kala grenarna utan löv gjorde utsikten mycket tråkigare.

Björkmätarlarver äter upp fjällbjörkarnas blad.
Björkmätarlarver äter upp fjällbjörkarnas blad.
Björkar som attackerats av björkmätarlarver står bredvid de som fortfarande har löv.
Björkar som attackerats av björkmätarlarver står bredvid de som fortfarande har löv.
Vattenfall. Uppe i bergen fanns det fortfarande kvar en del snö.
Vattenfall. Uppe i bergen fanns det fortfarande kvar en del snö.

Sista natten skulle gruppen gå en guidad ”midnattssolsvandring” upp på fjället. Idén var inte så tokig, men solen envisades tyvärr med att gömma sig bakom molnen. Dessutom blåste det rejält kallt när vi kom upp på kullarna, och efter allt regnande var stigen snarare ett träsk på flera ställen. Trots detta dök många av deltagarna upp i kläder (och skor) som hade passat bättre för en shoppingrunda på stan än för att vandra i fjällen. Fjällen är trots allt fjällen, även om detta bara var en kort promenad på några kilometer. Dessa människors reaktioner när de, lite för sent, insåg sitt misstag var nog det roligaste på hela resan (ja, ja, jag vet att det är lite taskigt av mig, men det var verkligen komiskt).

Fjällbäck
Fjällbäck
Visst ser stenen ut lite som en groda?
Visst ser stenarna ut som en groda?

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.

Årets första hemodlade jordgubbe

Årets första hemodlade jordgubbe
Årets första hemodlade jordgubbar

I veckan har jag ätit årets första hemodlade jordgubbe. Mums!

Jordgubben är en hybrid mellan olika sorters smultron. Själva jordgubbarna är, trots sin kulinariska klassificering, inga bär. När jordgubbsblomman befruktas bildas ett hormon, auxin, som får blombotten att svälla upp och bilda själva jordgubben. Frukterna är istället de små gula prickarna på jordgubben.

Auxin är ett av de viktigaste växthormonerna, och det är inblandat i alla möjliga processer i växter. Auxin är inblandat i så mycket att uttrycket ”auxin gör allt” har blivit närmast en klyscha inom växtfysiologin.

Högsta prioritet: mat, frukt, vin och choklad

När det bestäms vilka växter som ska få sina arvsmassor sekvenserade så befinner sig den vetenskapliga nyttan av resultaten rätt långt ner på prioriteringslistan. Det blir uppenbart om man studerar listan på sekvenserade arter i Phytozome. Visserligen finns några vetenskapliga modellorganismer med, men de flesta är industrins favoritarter snarare än forskarnas.

Här hittar vi bland annat några av världens viktigaste grödor som ris, majs, potatis, sojaböna, cassava, durra, vanlig böna, tomat och gurka. Här finns också frukter som persika, äpple, papaya, apelsin och clementin. Sekvenserade växtarter som används inom andra industrier än matindustrin är lin, bomull och eukalyptus. Och så finns så klart vinranka och nu senast kakao med. De får väl anses representera njutningsindustrin.

Publikationen av kakaogenomet släpptes den 3 juni i Genome Biology. Jag är inte säker på att det verkligen räknas som ett stort framsteg för mänskligheten att vi numera har detaljerad information om vinets och chokladens arvsmassor, men å andra sidan är ju båda onekligen väldigt populära.

P.S. Grangenomet finns inte med i Phytozome. Den forskargruppen envisas istället med att köra en gammaldags stil med en egenhändigt tillverkad databas på en egen hemsida som inte är synkroniserad med något annat. Mycket irriterande!

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”)