Vehnän ja ohran sukuisen arolusteen genomi selvitetty

Välimeren alueella ja Lähi-idässä luonnonvaraisena kasvavan aroluste-heinän (Brachypodium distachyon) genomi on kartoitettu laajassa kansainvälisessä hankkeessa, jossa oli mukana myös suomalaistutkijoita Helsingin yliopistosta ja MTT:stä. Nature-lehdessä julkaistu tutkimus on tärkeä koska aroluste on läheistä sukua maailman tärkeimpiin viljelykasveihin kuuluville vehnälle ja ohralle.

Kasvien genomit ovat genomikartoituksen kannalta hankalia eläinten genomeihin verrattuna ja arolusteen kartoitus on yksi perusteellisimmista ja yksityiskohtaisimmista mitä tähän mennessä on tehty. Se on myös yksi harvoista villikasvien kartoituksista.

Käytännön syistä tutkimuksissa on keskitytty tärkeiden viljelykasvien kuten riisin, maissin ja durran kaltaisten kasvien perimään. Villikasveista eniten on ollut esillä lituruoho, jonka perimä kartoitettiin kasveista täydellisesti ensimmäisenä. Siitä on tullut kasvitutkijoiden "laboratoriohiiri". Arolusteesta uskotaan tulevan viljeltävien ruohojen tutkijoille paljon käytetty mallikasvi.

Arolusteen genomista toivotaan saatavan "oikotie" viljelykasveille tärkeiden tärkeiden ominaisuuksien kuten kylmän- tai kuumansiedon tai kuivuudenkestävyyden geneettisen taustan selvittämiseen. Siitä uskotaan saatavan hyötyä myös samaan laajaan Pooideae-sukuun kuuluvien energiakasvien tutkimukseen. Näitä ovat esimerkiksi switchgrass eli Pohjois-Amerikan preerioiden villi hirssilaji sekä Miscanthus-sukuiset norsuheinät. Yksi hankkeen suurimmista rahoittajista oli Yhdysvaltain energiavirasto DOE.

Maapallon tärkeimmät viljelykasvit ovat riisi, maissi, durra sekä pohjoisessa vehnä, ohra, kaura ruis. Riisin ja durran genomit on kartoitettu kokonaan , maissikin varsin pitkälle. Myös maissin ja durran kanssa samaan Panicoideae-heimoon kuuluvat sokeriruoko ja hirssi on kartoitettu osaksi. Sen sijaan vehnän ja muiden Pooideae-heimoon kuuluvien viljelykasvien genomit ovat kartoittamatta koska ne ovat huomattavasti hankalampia. Leipäviljana kasvatetun vehnän perimässä on noin 17 miljardia emäsparia ja se sisältää kolme toisistaan riippumatonta genomia. Se on kooltaan viisinkertainen ihmisen genomiin verrattuna.

Arolusteen genomi on yksi pienimmistä ruohojen perimistä mikä oli merkittävä syy sen valitsemiseen kartoitettavaksi. Sen perimässä on vain 0,272 miljardia emäsparia. Se on yksivuotinen ja pienikokoinen, helppo kasvatettava laboratoriossa ja siihen on helppo siirtää kiinnostavia geenejä eli se on ihanteellinen mallikasvi lähisukuisille viljelykasveille. Jo kartoitusvaiheessa kiinnostus sen tutkimiseen on noussut ja sen siemeniä on toimitettu yli 300 laboratorioon 25 maassa. Nyt kasvin genomikartta on kansainvälisenä yhteistyönä tehtyjen kartoitusten tapaan internetissä kaikkien tutkijoiden vapaasti käytettävissä.

Genomin peruskartoitus tehtiin Yhdysvaltain energiaviraston DOE:n laboratoriossa ja löydettyjen palasten tarkempaa analyysiä tehtiin monissa laboratorioissa Yhdysvalloissa, Englannissa, Ranskassa, Sveitsissä ja Suomessa. Julkaisussa on 160 nimeä ja työhön osallistuneita lienee ollut paljon enemmän.

Erillisiä geenejä arolusteella arvioidaan olevan 25 000, mikä on samaa luokkaa kuin riisillä ja durralla. Geeneistä 2755 on tutkittu käsityönä tarkemmin ja erityisen kiinnostuksen kohteena olivat bioenergian tuotantoon ja viljelyominaisuuksien parantamiseen liittyvät geeniperheeet. Bioenergian tuotannossa halutaan hajottaa kasvien tukirakenteessa olevaa selluloosaa joka on yleensä hyvin vaikeasti pilkottavaa. Siksi siihen vaikuttavat geenit kiinnostivat.

Genomikartoista pystyttiin selvittämään myös kasvien evoluutiota ja sukulaisuussuhteita. Aroluste ja vehnä ovat lajeina eronneet toisistaan 32-39 miljoonaa vuotta sitten. Riisi ja aroluste erosivat 40-53 miljoonaa vuotta sitten ja durrasta aroluste erosi vielä aiemmin, 45-60 miljoonaa vuotta sitten.

(YLE tiede, Nature, Helsingin yliopisto)