Fröstorleken bestäms i en dragkamp mellan föräldrarnas gener

Det har länge varit känt att gener som nedärvts på mödernet respektive fädernet inte alltid har lika stort inflytande på ett frös utveckling. Nu visar forskare från SLU och kollegor utomlands att detta fenomen är betydligt mer utbrett än man tidigare har trott.

I en studie av växten backtrav kunde forskarna identifiera 70 gener som regleras av genomisk prägling, en process som innebär att gener från den ena föräldern stängs av. Fröets storlek är den egenskap som påverkas mest av detta, och upptäckten är därför mycket intressant för växtförädlare.

Enligt Mendels ärftlighetslagar ska gener från fadern och modern ha lika stort inflytande på en avkommas utveckling, men så är det inte alltid. Avvikelser från detta har setts hos både däggdjur och blomväxter. Hos däggdjur har det handlat om gener som påverkar fostrets tillväxthastighet och hos växter har det handlat om gener som påverkar fröstorleken. Det hela bygger på en genetisk mekanism som kallas genomisk prägling (eng. genomic imprinting), och som innebär att vissa gener från den ena föräldern ”stängs av”.

Fram till i fjol kände forskningen bara till ett fåtal gener där genomisk prägling förekommer, och fenomenet har setts som en udda avvikelse från den Mendelska genetiken.

När en forskargrupp från SLU, ledd av doktoranden Philip Wolff och professor Claudia Köhler, letade efter gener som påverkas av genomisk prägling i växten backtrav, fann de dock något helt annat. Tillsammans med kollegor från Schweiz och Österrike har de identifierat ca 70 gener som regleras genom denna process.

Resultaten banar väg för forskning som kan ge en helt ny insyn i de genetiska mekanismer som avgör fröstorleken hos en växt. Ett långsiktigt mål är att ge växtförädlingen nya verktyg som gör det möjligt att ändra fröstorleken hos odlade grödor. 

Präglade gener är märkta på olika sätt beroende på om de härstammar från modern eller fadern, och de kan därigenom uttryckas olika starkt trots att de finns i en och samma cellkärna. Hos däggdjur leder detta till svåra följder för embryon som på konstgjord väg försetts med en dubbel uppsättning av arvsmassa från den ena föräldern (fadern eller modern) – fostren utvecklas abnormt och aborteras.

Hos växter kan däremot livskraftiga frön utvecklas även om de innehåller mer arvsmassa från den ena föräldern, men storleken på fröet påverkas; om antalet kromosomuppsättningar från fadern ökar förbättras frövitans tillväxt, medan tillväxten avtar om antalet kromosomuppsättningar från modern ökar.

Frövitan är den vävnad som försörjer grodden med näring, på samma sätt som moderkakan försörjer ett foster. Eftersom frövitan utgör huvuddelen av sädesslagens kärnor, finns det ett stort intresse i lantbruket för de mekanismer som styr frövitans tillväxt.

Wolffs och Köhlers forskning, tillsammans med studier från USA och Australien, tyder på att fenomenet med genomisk prägling rör åtskilliga gener – kanske över ett hundra – och att det är betydligt vanligare än man trott att gener som ärvts på mödernet respektive fädernet uttrycks olika starkt. Dessutom har det visat sig att flera av de identifierade generna är präglade i såväl enhjärtbladiga växter, t.ex. sädesslagen, som i de mer avlägset besläktade tvåhjärtbladiga växterna, vilket antyder att det har varit en betydande evolutionär fördel att ha en frötillväxt som styrs av genomisk prägling.

Länkar:
Originalartikel i PLoS Genetics:
High-Resolution Analysis of Parent-of-Origin Allelic Expression in the Arabidopsis Endosperm

Claudia Köhlers forskningsgrupp

SLU:s vision är att vara världsledande inom Life Science. Detta blir möjligt genom hög kvalitet och kreativitet inom forskning och utbildning, nyskapande och tongivande miljöanalys, samt att vara en innovativ partner för de gröna näringarna.