Aktuumi 2/2007 - Oulu

• Mänty on tärkeä suomalaiselle taloudelle ja sielunmaisemalle.
Populaatiogenetiikka tutkii mäntyä kaarnaa syvemmältä.
Teksti: Hilkka Lahti
Kuva: Pauliina Mustonen
Männyt levittävät siitepölyään säästelemättä
tuulten kuljetettavaksi. Siitepölyhiukkasessa
kulkee koko sen suuri perimä: perintöainesta
on seitsenkertaisesti ihmiseen
verrattuna.
”Umpimähkäinen pariutuminen on erinomainen
keino saada aikaiseksi perinnöllistä
muuntelua, siinä suhteessa ihminen ja
mänty ovat samanlaiset”, perinnöllisyystieteen
professori Outi Savolainen sanoo.
Oulun yliopiston populaatiogenetiikan
tutkijat pureutuvat syvälle kasvien vuosituhansien
aikana kehittyneeseen ja jatkuvasti
muuttuvaan perimään. Miten kasvit sopeutuvat
erilaisiin kasvuolosuhteisiin? Miksi
suomalainen mänty näyttää männyltä niin
etelässä kuin pohjoisessakin, mutta muutaman
sadan kilometrin matka tekee etelän
tulokkaan perintötekijät sopimattomaksi
pohjoisen kylmyyteen. Miksi pohjoisen
mänty ei etelässä pärjää serkkujen vauhdissa,
vaan jää varjoon ja kuolee sekin?
Nopeat apukasvit malleina
Professori Outi Savolainen ryhmineen on
kehittänyt männyn geenikarttaa, joka on
geenien ja muiden DNA-merkkien sijaintipaikkoja
kromosomissa kuvaava kaavio.
Geenikartta antaa jo tienviittoja tutkijoille,
mistä geenejä kannattaa etsiä, mutta ei vielä
ole tarpeeksi tarkka, Savolainen muistuttaa.
”Umpimähkään otettu kohta männyn
genomissa eli koko perintöaineksessa voi
näyttää ihan samalta Siperiassa tai Saksassa
kasvaneessa männyssä. Siksi tutkijoiden pitää
päästä syvemmälle DNA:n emäsjärjestykseen.”
Yhä edelleen ollaan kaukana männyn
genomin selvittämisestä. Vielä jokunen vuosi
sitten kukaan ei hurjimmissa kuvitelmissaankaan
voinut ajatella sen sekvensoinnin
olevan edes mahdollista lähitulevaisuudessa,
mutta sekvensointitekniikat kehittyvät
nopeasti.
Kasvigenetiikassa käytetään hyväksi malliorganismia,
lituruohoa, jonka perimä sekvensoitiin
ensimmäisenä kasveista. Oulun
nimikkokasvi, hietapitkäpalko, on lituruohon
lähisukulainen samoin kuin idänpitkäpalko,
jota esiintyy laikuttaisesti esimerkiksi Äänisen
rannoilla, Norjassa ja Yhdysvalloissa.
Malliorganismeja käytetään kasvigenetiikassa
apukasveina, koska niillä on vähän perimäainesta,
ne kasvavat nopeasti, tuottavat
paljon jälkeläisiä ja niitä on helppo risteyttää,
Savolainen sanoo.
Rikkakasvit eivät ole tiukasti paikkaansa
sopeutuneita, vaan elävät siellä missä saavat
jalansijan. Suurin osa kasveista menestyy
kuitenkin parhaiten tietyillä alueilla, joilla
ne ovat kehittyneet. Ne ovat perinnöllisesti
erilaisia.
Hitaat havupuut ja
luonnonvalinta
Havupuut ovat vanha ja hitaasti kehittyvä
kasviryhmä. Männyn ja kuusen väliset erot
ovat kertyneet 140 miljoonan vuoden aikana.
Lituruohon ja sen sukulaisten välille samanlaiset
erot kertyvät kymmenessä miljoonassa
vuodessa.
Savolaisen tutkijaryhmästä puolet tutkii
männyn perimää, toinen puoli idänpitkäpalkoa.
Männyn perimässä kiinnostavat geenit,
jotka vaikuttavat etenkin sen ilmastoon ja
ilmastonmuutokseen sopeutumiseen. Metsäntutkimuslaitoksen
metsägeneetikkojen
kanssa on tulevaisuudessa tarkoitus tutkia
myös puun laatuun vaikuttavia geenejä.
Kun tutkitaan sopeutumisen evoluutiota,
ei tuijoteta pelkästään geeneihin, vaan yritetään
ymmärtää myös luonnonvalintaa. Onko
sopeutumisen takana yksi isovaikutuksinen
geeni vai monta geeniä? Missä järjestyksessä
geenit ovat valikoituneet? Jos joku
tietty geeni on valikoitunut pohjoisen männyllä,
onko sama tapahtunut pohjoiseen tulleella
kuusella?
”Jos tiedämme, että saksalaiset idänpitkäpalot
kukkivat aikaisin ja norjalaiset myöhään,
emme vielä tiedä, mikä geeni tai mitkä
geenit osallistuvat säätelyyn. Evoluutiobiologien
työtä on selvittää, mistä luonnossa
esiintyvä vaihtelu johtuu”, Savolainen korostaa.
Perimän tunteminen geenitasolla ei riitä,
täytyy tietää myös, mitä geeneistä seuraa.
Kasvit ovat myös ympäristönsä luomuksia
samalla tavalla kuin ihmisen pituuteen vaikuttaa
geenien lisäksi kaurapuuron määrä.
Geenien avulla ennusteita
Kun ymmärretään männyn tai lituruohon
sukulaisten sopeutumisprosessia, tietoa
voidaan siirtää muihinkin kasveihin.
”Mikään ei ole niin käytännöllistä kuin hyvä
teoria”, Savolainen korostaa. Kun kasvien
sopeutumiseen vaikuttavat geenit saadaan
selville, voidaan tehdä myös ennusteita siitä,
minkälaiset kasvit kykenevät geneettisesti
sopeutumaan esimerkiksi ilmastonmuutokseen.
Minkälaisia pohjoisen kasvien pitäisi
perimältään olla pärjätäkseen uudessa ympäristössä,
pystyvätkö ne sopeutumaan tarpeeksi
nopeasti ja miten sopeutumista voisi
edistää.
Tutkimus on yhteydessä myös metsänjalostukseen
ja tietoa voidaan hyödyntää, kun
suunnitellaan erilaisten siementen ja taimien
käyttöalueita. Jos halutaan suojella geenivaroja
tai kasvilajeja, on hyvä tietää, ovatko eri
alueiden kasvit perinnöllisesti niin erilaisia,
että ne vaativat myös suojelun erikseen.
Perinnöllisyystieteen lait pätevät
Outi Savolainen innostui perinnöllisyystieteestä
heti ensimmäisenä opiskelusyksynään
osallistuttuaan populaatiogenetiikan
luennolle.
”Minua viehätti täsmällinen teoreettinen
tausta ja ennustettavuus. Tein graduni banaanikärpäsistä,
väitöskirjan ohran biologiasta
ja lisäksi olen tutkinut trooppisia akaasioita.
Niissä kaikissa pätevät samat perinnöllisyystieteen
lait, jotka ovat suoraan siirrettävissä
myös männyn tai ihmisen tutkimiseen.”
Paras osa professorin työtä on työskentely
yhdessä opiskelijoiden ja muiden tutkijoiden
kanssa. Hauskuutta työhön tuovat
myös kansainväliset yhteistyöprojektit, joista
hyvänä esimerkkinä EU-projektit usein
yhdessä Upsalan yliopiston, ranskalaisten
ja espanjalaisten metsätutkijoiden tai Euroopan
lituruohon sukulaisten tutkijoiden
kanssa.
”Niistä saadaan tarpeellista tutkimusrahaa,
mutta yhtä arvokasta on löytää yhteistyökumppaneita
ja sellaista osaamista mitä
meillä ei ole.” Outi Savolaisen tutkimusryhmä
toimii myös professori Pekka Pamilon
johtamassa populaatiogeneettisten analyysien
huippututkimusyksikössä.
15