Foredraget mitt begynner 12.20 min ut i filmen, og varer i 20 minutter (sorry, litt dårlig lyd)

The post Hvordan bruke genomdata til å forstå villaksbiologi (foredrag) appeared first on DNAtur.

Skrevet av: Ole Kristian Tørresen (UiO), Inger Skrede (UiO), Simen Rød Sandve (NMBU), Sissel Jentoft (UiO), Kjetill S. Jakobsen (UiO), Ole Johan Borge (Bioteknologirådet). Publisert første gang desember 2018 i forskning.no

Detaljkunnskap om 39 norske fiskearter
For en kystnasjon som Norge var det ikke overraskende at det var torsken som i 2011 var først ute med å få det komplette arvestoff sitt genomsekvensert av norske forskere. Vi fant at torsk mangler en vesentlig del av immunsystemet som annen fisk og mennesket har, som gjør at det ikke er mulig å lage vaksiner til torsk på sammen måte som for laks og mennesker. Siden den gang er hele 39 norsk fiskearter sekvensert, inkludert bergylt og grønngylt som benyttes som «lusespisere» i oppdrettssammenheng, samt de to viktige fiskeparasittene lakselus og gyro (Gyrodactylus salaris).

På verdensbasis har en rekke arter fått sekvensert arvestoffet sitt. Menneskets genom var tidlig ute i 2003 og la grunnlaget for videre arbeid med andre arter. Kua, for eksempel, fikk genomet sitt ferdigstilt i 2009. Det stopper imidlertid ikke med ku og fisk. Isbjørn, grønlandshval, ulv, og brunbjørn er sekvensert. Spurv er foreløpig den eneste fuglen som er sekvensert av norske forskere, men vi vet at også arvestoffet til norske arter som kråke, ravn, svart-hvit fluesnapper og blåmeis er sekvensert.

Fluesopp og hussopp
Neste gang du ser ei fururotkjuke eller rød fluesopp i skogen, kan du fortelle turkameraten din at norske forskere kjenner alle genene deres. Med innsats fra norske forskere er over 35 norske sopparter sekvensert, inkludert ekte hussopp og ulike Fusarium sopper. Dette er sopparter som gjør skade på bygninger og avlinger. I tillegg blir det nå sekvensert sjeldne sopparter i havet, som vi foreløpig vet veldig lite om. Norske forskere er også involvert i sekvensering av alger og encellede organismer (protister) i hav og ferskvann.

Hva med plantene? Her er det ofte snakk om store og kompliserte genom. Med bidrag fra norske fagmiljøer har internasjonale konsortier kartlagt flere arter med gress, hvete og trær som gran og osp. I tillegg er forskningsgrupper i Norge i gang med å sekvensere en rekke andre planter.

Fra lommelykt til flombelysning med genomsekvensering
Hvorfor er genomsekvensering så viktig? Mens vi tidligere kunne se på enkeltgener, kan vi i dag studere hele arvestoffet. Det er som å gå fra en liten lommelykt til å sette på flombelysning – vi kan se alt.

Det gjør at vi kan sammenligne både nært- og fjernt beslektede arter på en helt ny måte. Det gir ny innsikt i hvordan arter oppstår, og hva som er de unike genetiske egenskapene til en art. Det er fortsatt utrolig mye vi ikke vet. Hvorfor er for eksempel mennesker og sjimpanser så forskjellige selv om genomene våre er totalt sett 98,8 prosent like? Nye verktøy gir nå gradvis innsikt slik at det er mulig å forstå de funksjonelle forskjellene mellom artene på jorda.

Mer kunnskap om organisering av arvestoffet
I dag vet vi lite om hvorfor genene og kromosomene er som de er. Ulike arter har også løst dette på helt forskjellige måter. For eksempel har laks 29 par kromosomer, mens harr, en annen laksefisk, har rundt 100 par kromosomer. Antallet behøver ikke være konstant heller. Vi har sopparter der antall kromosomer variere fra individ til individ innen samme art. Særlig gjelder dette sopparter som forårsaker sykdom på andre levende vertsorganismer. Vi tror årsaken kan være at det gir soppen stor fleksibilitet til raskt å kunne endre seg for å lykkes i rustningskappløpet mot vertsorganismen.

Ved å studere mange ulike arter vil vi kunne få innsikt i hvilken grad organiseringen er viktig, eller om det først og fremst er resultat av en serie tilfeldigheter. I dag tyder mye på at hvordan gener er organisert, er viktig for en art.

Avslører genetiske forskjeller
Langs norskekysten finner vi to varianter av torsk, kysttorsk og skrei. Skreien, som er den vi oftest spiser, er kjent for sin lange årlige vandring fra Barentshavet til gyteområder, hovedsakelig i Lofoten. Skreien er en av de største fiskebestandene i verden med stor økonomisk nytte.

Kysttorsken derimot består av lokalt tilpassete og betydelig mindre fiskebestander i kystnære strøk og i fjorder. Hvis all kysttorsken blir fisket opp fra en fjord, vil det derfor kunne ta lang tid før den eventuelt kommer tilbake. Derfor er det viktig å kunne skille mellom disse to variantene.

Ved hjelp av genomsekvensen har norske forskere funnet forskjeller mellom skrei og kysttorsk. Disse kan brukes til å bestemme hvilken variant som blir fisket, og kan bli et verktøy for å sikre en bærekraftig forvaltning av torsken.

Artens betydning i økosystemet
Genomsekvensering har også stor betydning for hvordan vi forstår samspillet i naturen. Ta for eksempel sopp, som spiller en viktig rolle i skog. De er både nedbrytere av organisk materiale og livsviktige samarbeidspartnere for trær via rotsystemet. Dette samarbeidet kalles «sopprot».

Norske forskere har bidratt til forståelsen av hvorfor sopparter som danner sopprot mangler flere essensielle nedbrytingsenzymer. Årsaken er at de bør unngå å skade treet som soppen samarbeider med. Ved å sammenlikne genomene til nært beslektede sopparter, kan vi forstå hvilke gener som er involvert i disse egenskapene.

Laksens genetiske hemmeligheter
Visste du at for å bli en «storlaks» må du ha en spesiell mutasjon i genet VGLL3? Dette genet kontrollerer hvor mange år laksen oppholder seg i havet før den blir kjønnsmoden. Over en tidsperiode på 40 år har storlaksen vært i nedgang i Tanaelva.

Med ny DNA-kunnskap vet vi nå at dette kan forklares med at færre laks er bærere av denne «storlaks-mutasjonen». Det er derfor sannsynlig at endrede havforhold gjør at en laks i dag har høyere dødelighet i havet enn tidligere. Informasjon fra genomsekvenser har også vist hvordan innblanding av oppdrettslaks i villakspopulasjo-ner fører til endringer i hvor gammel laksen er når den returnerer til elvene.

Hvilke arter finnes i havet?
Alt som lever mister litt DNA hver eneste dag. I havet flyter det derfor biter av DNA rundt fra alle artene som finnes der. Har vi kjennskap til arvestoffet til alt liv, kan vi finne ut hvilke arter som er i nærheten ved å sekvensere alt DNA i et par liter sjøvann. Dette kan brukes til å følge hvilke arter som vandrer nordover på grunn av klimaendringer, eller for å se om uønskete arter har kommet til Norge.

Betydning også for mennesker
Alt levende har et felles utgangspunkt. Vi deler overraskende mange gener med så fjernt beslektede arter som gjærsoppen du bruker i julebaksten, bananflua som flyr irriterende over kjøkkenbenken, lutefisken du spiser i desember og granbaret du pynter til jul med. Forskjellene kan si noe om hva som skiller ulike arter, men likheter er minst like interessante.

Har fjernt beslektede arter en gensekvens som er helt lik, er det all grunn til å tro at denne gensekvensen har en viktig funksjon. Finner vi lik-heter vi ikke kan forklare, er det særlig spennende å studere videre fordi området må ha en viktig rolle siden det er bevart gjennom evolusjonen.

Likheter kan også brukes for å finne årsak til sykdom hos mennesker. Når en pasient får sekvensert genene sine, finner vi ofte en rekke mutasjoner vi ikke vet konsekvensene av. Vanligvis er de fleste mutasjoner ufarlige. Utfordringen er å skille ufarlige mutasjoner fra de som gir sykdom. Til denne detektivjobben kan vi bruke informasjon fra andre arters genom. Dersom mutasjoner i pasienters gener befinner seg i gener som er uendret gjennom millioner av år i mange arter, er sjansen stor for at mutasjoner her vil gi alvorlige effekter.

Mangler fortsatt brikker i naturens puslespill
Felles for de aller fleste genomene som er kartlagt, er at de ikke består av sammenhengende sekvenser som utgjør hele kromosomer. Hos mennesker finnes genomet organisert i 23 par kromosomer. En perfekt genomsekvens vil derfor bestå av 23 fullstendige og sammenhengende DNA-molekyler, med genene plassert etter hverandre. Dette er ikke en gang tilfellet for menneskets genom i dag, da det fortsatt er huller. Selv om det er relativt enkelt å pusle sammen sekvensen til hvert enkelt gen, er det mye mer utfordrende å få plassert genene – og sekvensene som er mellom genene – i riktig rekkefølge på kromosomene.

Jobben kan sammenlignes med å legge et vanlig puslespill. Tenk deg at motivet er en himmel med en del fugler. Det er relativt lett å få puslet de ulike fuglene, men å få de plassert riktig når hele bakgrunnen er jevnt blå, er veldig vanskelig.

Denne utfordringen gjør at vi så langt har mindre kunnskap om sekvensen mellom genene. Det er uheldig fordi det er her vi finner sekvenser som regulerer når et gen skal være aktivt eller ikke.

Dagens sekvenseringsteknologi utvikler seg raskt, og vi er tidsvitner til en teknologisk revolusjon. De genomene som nå blir kartlagt, vil snart bli utført med metoder som gjør dem så og si komplette. Men selv om instrumentene til både å sekvensere og analysere arvestoffet blir bedre, gjenstår det fortsatt mye arbeid før vi har lagt det fulle og fortsatt kompliserte genompuslespillet.

The post Gendykk i norsk natur gir ny kunnskap om biologi appeared first on DNAtur.

Alt liv på jorda startet med ett selvreplikerende molekyl. Ett gen. Senere har de blitt flere  – mange flere. Et pattedyr har f.eks rundt 20.000 gener. Mange av disse har oppstått gjennom duplikasjoner av eksisterende gener. En ekstrem-variant av denne typen mutasjonen er helgenomduplikasjoner der alt arvestoffet til en organisme (genomet) også resulterer i en dobling av antall gener. Slike helgenomduplikasjoner er blitt assosiert med viktige evolusjonære hendelser, som for eksempel virveldyrenes opprinnelse og planteslekters emner til å overleve masseutryddelsen som tok livet av dinosaurene for 66 millioner år siden.

Genduplikasjoner er altså viktig, men hvorfor? En ledende teori har vært at flere genkopier gir ekstra råmateriale til å utvikle nye egenskaper og tilpasninger. Dette kan skje på to måter. Enten beholder en kopi de opprinnelige funksjonene mens den andre kopien utvikler en ny funksjoner. Dette kalles neofunksjonalisering. Alternativt så kan de to genkopiene fordele originale funksjoner mellom seg, som kalles subfunksjonalisering. Hvor vanlig disse evolusjons-scenarioene er har lenge vært et omdiskutert tema innen evolusjonsbiologi.

Våren 2016 var derfor en spennende tid for evolusjonsbiologer. Omtrent samtidig, i to av de mest prestisjetunge tidsskriftene innen biologi, ble det publisert to nesten identiske analyser av hvordan dupliserte gener i fisk utviklet nye «funksjoner». Og konklusjonene var fullstendig på kollisjonskurs. Den ene studien som ble publisert i Nature Genetics studerte en gammel helgenomduplikasjon (>300 millioner år siden) og konkluderte med at genduplikater som oftest fordeler funksjonene mellom seg, i tråd med subfunksjonaliserings-hypotesen. Den andre studien publisert i Nature, studerte en nyere helgenomduplikasjon i laksefisk, og konkluderte med at en kopi beholdt den opprinnelige funksjonen. Nøyaktig som forventet under neofunksjonaliserings-hypotesen.

Så hva har vi egentlig lært her? At biologer er frimerkesamlere akkurat som Rutherford sa: altså at det ikke finnes generelle lover i biologien og at biologens rolle er den samme som historikerens – og dokumentere hva som har skjedd? Vel, selv om analysemetodene i de to artiklene var svært like, var det også noen detaljer som var ulike. Kunne noen metodevalg ha forårsaket motsatte konklusjoner?

Siden forfatterne av artiklene hadde gjort en bra jobb med å gjøre data tilgjengelig og analysene reproduserbare, kunne NMBU forskerne enkelt re-analyserte begge datasettene med begge metodene. I tillegg simulerte forskerne nye data der man viste fasiten før analysene ble gjort. Og dette løste mysteriet. Observasjonen om at dupliserte gener fordeler funksjoner mellom deg (subfunksjonalisering) var kun et resultat av en metodefeil. Begge helgenomduplikasjonene i fisk – både den gamle og den nye – og de simulerte datasettene viste var entydige. Når evolusjonen får sjansen til å leke med to like gener så lar den én være i fred og eksperimenterer med den andre. Neofunksjonalisering altså. Så da vet vi det. Ta den Rutherford!

Reanalysen er publisert som en kommentar i Nature Genetics. Hele teksten kan leses her.

The post NMBU forskere oppklarer motstridende funn om hvordan genomer evolverer appeared first on DNAtur.

Problemet for villaksen er ikke «oppdrettsgener». På tross av dette er den genetiske påvirkningen fra rømt oppdrettslaks negativt for villaksens levedyktighet.

 Siden oppdrettseventyret startet i Norge har det blitt diskutert om genetisk innblanding av rømt oppdrettslaks i ville laksebestander har negativ innvirkning på villaksens levedyktighet. Erik Slinde og Harald Kryvi (27/04/2018) påpeker at nyoppståtte «gener» hos tamlaks mest sannsynlig ikke finnes og derfor ikke er et problem for den norske villaksen. Ingen er uenige med Slinde og Kryvi i dette, men de har likevel ikke forstått poenget.

Selv om slike «oppdrettsgener» ikke skulle finnes så hersker det ingen tvil om at oppdrettslaksens genetikk er endret gjennom avl.  Oppdrettslaksen er tilpasset et liv i fangenskap, de trives i tanker og merder med høy fisketetthet, spiser mye og vokser fort. Dette har bidratt til en suksessfull oppdrettsnæring. Avkom mellom rømt oppdrettslaks og villaks arver disse egenskapene, og er dermed dårligere tilpasset et liv i naturen enn rent villaksavkom.

Et av hovedpoengene til Slinde og Kryvi er at oppdrettslaksen kan bidra til økt genetisk variasjon og dermed hindre innavl av ville populasjoner. Ingen villaksstamme trenger genetisk påvirkning fra rømt oppdrettslaks for å opprettholde genetisk variasjon. Naturlig utveksling av individer mellom laksestammer, populært kalt feilvandring, motvirker innavl av små bestander. I tillegg er ikke all genetisk variasjon positivt. Genetisk påvirkning fra oppdrettslaks vil være preget av genvarianter som i kombinasjon er fordelaktige i fangenskap og som gir god vekst, men som under nesten alle miljøbetingelser vil være negativt for overlevelse i naturen. Den genetiske variasjonen som rømt oppdrettslaks tilfører vil derfor i sum være negativt for villaksstammene, og deres evne til å tilpasse seg sitt lokale miljø. Det finnes god vitenskapelig dokumentasjon både på lokal tilpasning av ville laksebestander og på negative genetiske effekter av rømt oppdrettslaks på villaks.

Slindre og Kryvi gjør et poeng av at det norske forskningsarbeidet som kartla laksens genomsekvens ikke fant et eneste «oppdrettsgen». Det er uklart om forfatterne bruker dette som et fortellergrep eller om de mener dette bokstavelig. Uansett, så ble ikke forekomsten av «oppdrettsgener» undersøkt i studien de referer til. En så kreativ referansebruk er kritikkverdig i en viktig debatt.

Både norsk forvaltning og det internasjonale havforskningsrådet har tatt inn over seg problemet med rømt oppdrettslaks for villaksen. Vi tror at både oppdrettsnæringen og fluefiskerne har en framtid i Norge, men det er viktig at de respekterer og støtter opp om den kunnskapsbaserte forvaltningen Norge har.

Geir H. Bolstad, forsker, Norsk institutt for naturforskning, NINA og

Simen Rød Sandve, ass. professor Centre for Integrative Genetics (CIGENE), Faculty of Biosciences

The post Genetisk påvirkning fra rømt oppdrettslaks er negativt for villaksen appeared first on DNAtur.

Trær er blant jordens lengstlevende organismer, og visse arter kan leve i tusenvis av år. En av de viktigste forutsetningene for et så langt liv er at trærnes vekst er synkronisert med årstidene. I god tid før vinteren ankommer må trærne slutte å vokse, sette vinterknopp og gå i dvale (vinterhvile). Hadde de ikke gjort det, ville vinterens ekstreme temperaturer ført til massedød i skogene våre.

Forskerne har lenge vært interessert i å finne ut hvordan trærne vet at det er på tide å først slutte og vokse, og å deretter gå i dvale. Det har lenge vært kjent at høstens kortere dager og synkende temperaturer er en viktig mekanisme som forklarer hvorfor trærne slutter å vokse. Vinterhvilen, derimot, som innebærer at knoppene ikke springer ut uten først å ha gjennomgått en lengre kuldeperiode, har vært et mysterium. Den nye artikkelen i Science gir viktig innsikt i hvordan vinterhvilen reguleres i trær.

Forskerne kunne vise at kanalene (plasmodesmata) som forbinder ulike celler i vekstsonen (meristemet) tettes igjen når polysakkaridet kallose avleires – som svar på den stadig kortere daglengden under høsten. Blokkeringen av disse kanalene gjør at vekststimulerende signaler ikke kan spre seg, noe som leder til fortsatt vekststopp og at knoppene settes i hvilemodus.

Forskerne viste videre at vinterhvilen reguleres av veksthormonet abscisinsyre, som blant annet setter i gang produksjonen av kallosen som blokkerer kanalene. Når en kanal først er blokkert kreves det at planten usettes for lav temperatur over lang tid for at kanalen langsomt skal åpnes igjen. Først på vårparten kan de vekststimulerende signalene igjen nå knoppene og planten begynner å vokse.

Visse aspekter av mekanismen bak vinterhvilen er også observert i høsthvete og i grønnalger, noe som indikerer at mekanismen er evolusjonært svært gammel. I studien har forskerne brukt hybrid osp, som er en modellorganisme innen forskning på trær.

Studien er ledet av Rishi Bhalerao ved Umeå Plant Science Center, SLU. Forskere fra Uppsala universitet, Helsingfors universitet, Cambridge University, Monash University og Norges miljø- og biovitenskapelige universitet deltok også.

Denne teksten er basert på en pressemeldingen som ble skrevet av forfatterne og publisert i Sverige. En mer omfattende artikkel er publisert av forskning.no.

The post Mysteriet bak trærnes vinterdvale avslørt appeared first on DNAtur.

Stamceller differensierer til silvev og cellevev

Rett under barken i en trestamme ligger ”stamceller” (kambiet) som gir opphav til ny vekst i stammen til trær hver sommer (årringer). Disse cellene differensierer utover til silvev, som transporterer produkter fra bladenes fotosyntese – først og fremst sukker som er råmaterialet for vekst i trestammen. Innover differensierer stamcellene til vedvev, som utgjør mesteparten av stammen i et tre og som i tillegg til å bringe greinene og bladene opp i sollyset også transporterer vann og mineraler fra røttene og ut til bladene. Cellene i vedvevet etablerer tykke sekundære cellevegger bestående av cellulose og lignin før de gjennomgår programmert celledød. Vedvevet er altså dødt og består av to celletyper: vedrør som transporterer vann og vedfibre som har en støttefunksjon.

Beskriver gensamspill som gir opphav til ulike celletyper

I artikkelen identifiserer forskerne genene som er aktive i utviklingen av silvev og vedvev. Forskerne undersøkte tynne seksjoner av trestammen (15 micrometer – som bokstavelig talt er mindre enn en hårsbredde) fra silvevet og helt til forrige årring. Dette gjorde det mulig å beskrive aktiviteten til over 28 tusen gener med en oppløsning som langt overgår tidligere studier. Gjennom avansert dataanalyse kunne forskerne derfor beskrive hvordan genene samspiller i komplekse gen-nettverk som gir opphav til de ulike celletypene i trestammen. Forfatterne har gjort data og nettverksmodeller fra artikkelen tilgjengelig i et interaktivt web-verktøy (aspwood.popgenie.org) slik at andre forskere kan dra nytte av innsiktene.

Fra fossilt til fornybart

Det grønne skiftet krever at vi beveger oss bort fra en fossil-basert økonomi og isteden tar i bruk fornybare råstoffer og energikilder. Denne artikkelen legger grunnlaget for en økt forståelse av hvordan trær produserer biomasse – en forståelse som i fremtiden kan lede til økt produksjon fra skogene våre. Og det blir viktig i fremtiden – alt som kan lages av olje kan nemlig også lages av trær.

The post Et tres bekjennelser – hva skjuler seg i årringene appeared first on DNAtur.

Hvorfor har vi sex?

Sex handler ikke først og fremst om en minneverdig stund. Det er faktisk mye viktigere enn som så. Og nei, det handler heller ikke egentlig om forplantning, for det kan enkelt gjøres uten sex. Bare spør bakterier, sopp, insekter eller til om med noen sjeldne eksemplarer av amfibier, reptiler, fugler og fisk, som har erfaring med aseksuell reproduksjon.

Sagt på en annen måte: sex er ikke nødvendig, men har likevel blitt veldig populært. I dag formerer de fleste planter, sopp og dyr seg ved sex. Det vil si at to kjønnsceller smelter sammen og danner ett nytt individ med en unik kombinasjon av foreldrenes DNA.

Suksessoppskrift

Historiens første hyrdestund skjedde for godt over en milliard år siden. Frem til da hadde formering skjedd i ensomhet ved å lage genetisk identiske etterkommere – kloner. Dette er en meget effektiv forplantningsstrategi med svært små sjanser for kluss i prosessen.

Så hvorfor gå bort ifra en suksessoppskrift som hadde fungert godt i over to milliarder år? Hva er det med sex som fungerer så bra at det i dag gjøres over alt og av alle mulige kryp og planter?

Hva er fordelen med sex?

I jakten på et svar har gjær spilt en hovedrolle. Denne soppen har et helt spesielt triks som gjør den til en favoritt hos sexforskere. Gjær kan nemlig bytte mellom aseksuell og seksuell formering. Eksperimenter har vist at sopp som opplever mangel på næring, eller annet stress, slutter å formere seg via kloning og begynner i stedet å ha sex. Disse nye sexutøverne viser seg å kunne tilpasse seg nye miljø raskere enn sine klonale venner.

Gjær har også gitt oss innsikt i hvordan seksuell formering gir bedre tilpasningsevne. Forskere har nylig kartlagt hvordan nye DNA-mutasjoner dukker opp, eller endrer frekvens, over 1000 generasjoner i gjær med og uten sex. Dette avslørte noe nytt: den kontinuerlige omstokkingen og blandingen av arvemateriale som skjer ved seksuell formering gjør gjær bedre (som populasjoner) til å beholde og utnytte fordelaktige mutasjoner, samtidig som det hindrer at skadelige mutasjoner blir vanlige.

Sex hjelper altså den naturlige seleksjonen med å velge de bra mutasjonene og kvitte seg med de dårlige.

Sex og kjønn

Seksuell forplantning krever two to tango, men ikke nødvendigvis to ulike individ. For hermafroditter er nemlig vanlige både blant planter (94 prosent av blomsterplanter) og dyr (ca. 5 prosent). Tvekjønnethet reduserer «kostnadene» med sex. Tenk bare på ressursene som går tapt når man må lage en helt egen kropp kun for å levere litt sperma. I tillegg til all tid som går med til å finne en tangopartner. Hermafroditt eller ikke, to kompatible kjønnsceller er uansett nødvendig for seksuell formering, og i dyreriket kommer oftest disse fra organismer med to ulike kjønn.

Men hva bestemmer egentlig det genetiske kjønn? Hos mennesker blir du mann om ett av de to kopiene av kromosom 23 inneholder genet sry. Uten sry blir du kvinne. Slik genetisk-deterministisk kjønnsbestemmelse er vanlig, selv om «kjønnsgenet» varierer mellom arter, men det finnes også mange andre løsninger. Krokodiller, skilpadder og mange fisk har temperaturbasert kjønnsbestemmelse, mens andre igjen bytter kjønnsbestemmelsesstrategi ut ifra miljøbetingelsene.

Hva laksen kan lære oss

Vår egen nasjonalfisk, laksen, vekker også oppsikt hos sexforskerne. Laksen har ikke engang kjønnsgenet på samme kromosom i alle individ! Laks kan bli hankjønn på tre ulike måter, med sdy-genet lokalisert på kromosom 2, 3 eller 6.

Vi vet ennå ikke hvorfor laksen ikke har bestemt seg for ett kjønnskromosom, men vi er godt i gang med å forsøke å finne svar i genene fra 1000 laks fra hele Norge. Tiden vil vise hva laksen kan lære oss om sex. Gjær har allerede lært oss mer om hvorfor sex har en evolusjonær fordel. Mens kloner er avhengig av nye, sjeldne, mutasjoner for å tilpasse seg, gir sex oss en bedre evne til å utnytte den genetiske variasjonen som finnes i populasjonene.

The post Vi har gjort det i over 1000 millioner år, men hvorfor begynte vi egentlig med sex? En gjærsopp kan gi svar appeared first on DNAtur.

Loven krever bruk av frøblandinger med genetisk sammensetning som er naturlig hjemmehørende, men det har så langt ikke vært tilgang på frø av ville planter. Det har vi gjort noe med! Vi har forsket på fjellrapp, sauesvingel, smyle, fjellkvein, føllblom og stivstarr. Frø av disse utgjør nå få frøblandinger til fire frøsoner i norsk natur.
Alle utbyggere i norsk natur må ha en plan for hvordan forstyrrede naturområder skal restaureres. Dette er en forutsetning for å få konsesjon. Det er flere måter å restaurere natur på. Man kan la områder vokse til av seg selv, eller man kan legge til side jordmasser som legges tilbake etter endt arbeid. I noen tilfeller kan det være nødvendig å så med frø, for eksempel hvis man ønsker rask vekst eller hvis området er truet av erosjon. De aller mest utsatte områdene vi har er områder i fjellet. På grunn av lave temperaturer går gjengroing veldig sakte og mange områder er sterkt erosjonsutsatt.

Frøimport ikke lenger lov
Markedet for kommersiell produksjon av frøblandinger til restaurering av forstyrrede fjellområder er smalt, derfor har frømateriale som lupiner, rødsvingel og andre arter som ikke hører hjemme i norsk flora blitt importert. Dette er nå forbudt etter Naturmangfoldloven. Men loven går lenger enn å forby innførsel. Den krever også tillatelse til å sette ut planter som finnes naturlig i et område «dersom det er grunn til å anta at individene av arten man ønsker å sette ut kan ha en annen genetisk sammensetning enn de som finnes på stedet fra før». Dette har skapt hodebry for utbyggere. Det betyr i praksis at man ikke kan ta fjellrapp fra Finse til restaurering på Saltfjellet uten inngående genetiske studier av arten.

Utbyggere er opptatt av å bruke riktig frømateriale, men kan vanskelig vite hva det er. Derfor ble det igangsatt et samarbeidsprosjekt mellom NMBU, NIBIO, NINA, Miljødirektoratet og aktører i næringen som Statens veivesen, Norges vassdrags- og energiverk, Jernbaneverket og Forsvarsbygg.

På jakt etter de rette plantene
Vi ønsket å lage en løsning som ivaretar Naturmangfoldloven og som samtidig er mulig å håndtere for utbyggere. Målet var å lage et lite utvalg frøblandinger som kunne brukes innenfor store geografiske områder. Vi valgte ut seks arter som er vanlige i alle fjellområder i Norge. Vi testet så om artene ville være mulig å bruke til frøproduksjon. De måtte også ha god etableringsevne og høy vekstrate slik at de raskt kunne danne vegetasjonsdekke.
Vi samlet vi inn individer fra populasjoner av hver av de seks artene fra hele Norge. Vi brukte DNA-analyser for å undersøke genetiske forskjeller i alle artene og populasjonene. På denne måten kunne vi avsløre hvor like eller ulike populasjoner er.

Genetisk materiale sprer seg raskt
Vi rekonstruerte hvordan genetisk materiale beveger seg mellom populasjoner og vi fant at genetisk materiale for artene våre sprer seg veldig langt. Populasjoner innenfor veldig store områder var praktisk talt helt identiske genetisk. Genetisk materiale kan spres både gjennom frø og pollenspredning. Alle artene vi jobbet med er utkryssende arter som har enten vindpollinering eller frøspredning med vind. Potensialet for genflyt er derfor veldig stort og dette kan forklare at populasjonene er så like.
Fire frøsoner av ville planter i Norge

Men vi fant også noen forskjeller. To av artene hadde et genetisk skille over Hardangervidda. En av artene hadde et sterkt skille ved Saltfjellet og en av artene hadde et skille over Finnmarksvidda. Vi endte derfor med å dele Norge inn i fire frøsoner etter disse skillene. Innen hver av de fire frøsonene har vi nå frøblandinger som kan brukes hvor som helst innen sonen, men ikke i andre frøsoner.
Forskningen har ført til at du nå kan få kjøpt frøblandinger basert på frø av norske arter, som er i tråd med Naturmangfoldlovens intensjon og som gjør restaureringsarbeidet vesentlig enklere for utbygger.

Studien er publisert i Evolutionary Applications

Av professor Siri Fjellheim, NMBU – Norges miljø- og biovitenskapelige universitet.

The post Redningsfrø appeared first on DNAtur.

Gressfamilien inneholder mange av de viktigste matartene og tre av disse  – mais, ris og hvete – står alene for mer enn halvparten av hele verdens kaloriinntak.

Gressfamilien har over ti tusen arter organisert i tolv underfamilier. Av disse er det bare artene fra en eneste underfamilie som har klart å komme seg ut av tropene og opp til det tempererte nordområdet. Dette er gressene i underfamilien Pooideae.

Pooideae inneholder arter som hvete, bygg, rug, havre og alle fôrgrasene som timotei, svingel og raigras. Hvis vi samler grasarter her i Norge vil mer enn 90% være fra denne underfamilien. Hva er det som gjør at Pooideae er så godt tilpasset et nordlig temperert klima?

Det er særlig to ting som er viktig for å overleve i nordlige tempererte områder: frost-toleranse og blomstringstid.

Å blomstre til riktig tid
Det å blomstre til riktig tid er helt fundamentalt for plantene. For artene i Pooideae er det viktig å blomstre på våren. Ikke på høsten, for da kan gressblomsten bli skadet av frost. Gressene må videre blomstre sent nok på våren til at blomstene ikke blir skadet av tilfeldig vårfrost, men heller ikke så sent at de ikke får utnyttet vekstsesongen optimalt til modning og spredning av frø.

Hvordan vet gressene da at de skal blomstre? Plantene bruker signaler fra omgivelsene til å orientere seg om hvor i årssyklusen de befinner seg. Plantene er utrolig smarte og komplekse. De vet om det er varmt eller kaldt, natt eller dag, skygge eller sol, tørt eller vått, storm eller bris. Når det gjelder å orientere seg i vekstsesongen for å finne optimalt blomstringstidspunkt er det kombinasjonen av daglengde og temperatur som hjelper gressene.

Først må gressene gjennomgå vernalisering som er en forlenget kuldeperiode, nemlig vinter. Dette sikrer at planten ikke blomstrer på høsten. Etter vernalisering er gresset klar for blomstring og vil blomstre når dagen blir lang nok. Akkurat når dagen er passe lang er bestemt av hvor gresset befinner seg, og vil variere med breddegrad.

Forsvarer seg mot frost
Det er kostbart å ha et forsvarssystem mot frost oppe å gå hele tiden, så plantene er ikke alltid forberedt på frost. På høsten blir dagene kortere samtidig som temperaturen synker. Dette oppfatter plantene som et signal om å bygge opp et forsvar mot frost. Denne prosessen kalles kuldeakklimering og er en lengre periode med kalde temperaturer like over frysepunktet. Det viktigste for planten er å beskytte cellemembranen mot skade. Under kuldeakklimeringen endres strukturen på cellemembranene og det blir produsert proteiner som er med på å bryte ned iskrystaller som vokser inne i cellene og ødelegger membranene.

Tidsmaskin
Forfaren til våre gress var tropisk. De løsningene som plantene har kommet opp med for å takle det harde klimaet i nord med strenge vintre og korte vekstsesonger har evolvert over de siste 50-60 millioner år og startet i en periode der jorda var mye varmere enn i dag.

For å reise tilbake i tid og se hvordan evolusjonen har skjedd, bruker vi livets egen tidsmaskin – DNA.  DNA er en fysisk link tilbake i tid, kopiert fra foreldre til avkom helt fra livets opprinnelse og frem til i dag. Vi følger tråden bakover for å rekonstruere hvordan evolusjonen har skjedd. Dette bruker vi til å lage et tidskart over ulike hendelser og når de fant sted. Vi kan for eksempel se når gressene for første gang blomstret i lang dag eller som respons på vernalisering. Vi forsøker også å tegne inn hvordan genene evolverer.

Genenes kontrollsenter
Blomstringstid kontrolleres av kompliserte nettverk av gener, og de ulike nettverkene sender signaler til et sentralt kontrollsenter for blomstring. I kontrollsenteret blir alle beskjedene fra de ulike nettverkene tatt imot og tolket. Når alt stemmer blir det gitt klarsignal for blomstring. Dette senteret er det samme for alle gressene vi studerer og også mange andre fjernt beslektede arter.

I nettverkene som kontrollerer blomstring er det stort sett de samme genene som inngår, men nettverkene kan bli omprogrammert og noen ganger forsvinner noen gener og noen ganger evolverer det nye gener. Det gjør plantene perfekt tilpasset det miljøet de vokser i.

Svar 34 millioner år tilbake i tid?
I jakten på gressets forfedre ser vi også etter om store evolusjonære endringer i tidskartet sammenfaller med store geologiske hendelser. For eksempel for 34 millioner år siden falt temperaturen på jorda dramatisk på kort tid på overgangen mellom tidsepokene Eocene og Oligocene. Hva skjedde den natta da plantene opplevde frost for første gang? Vi tror at mange av de tilpasningene som plantene her i nord bruker nå er som en respons på dette temperaturfallet. De som klarte å bruke noen av de mekanismene de hadde fra før til å møte nye utfordringer ville ha et ørlite evolusjonært overtak over de som ikke klarte det. Tilpasninger til tidligere klimaendringer er styrende for hvordan plantene klarer seg i dag.

Forvirrede planter
Også i dag er vi inne i en tid med store klimaendringer og mange lurer på hvordan dette kommer til å påvirke plantene våre. Det vi i hvert fall kan si med sikkerhet er at vi kommer til å se klimaforhold vi ikke har sett før.

For gressene og mange andre arter i vår natur er det altså temperatur og daglengde som signaliserer at de er klare til å blomstre. I et fremtidig klima er det bare en av disse faktorene som kommer til å endre seg – nemlig temperatur.

Allerede nå har varmere og mer ustabile vintre gjort plantene forvirret og vi kan lese i lokalavisen om blåveis og hestehov som blomstrer i desember. Ironisk nok kan global oppvarming gi tøffere forhold for plantene om vinteren da mildere og mer variable vintertemperaturer kan føre til barfrost og ta fra plantene den lune dynen av snø de vanligvis ligger under.

Av Siri Fjellheim, professor ved NMBU – Norges miljø- og biovitenskapelige universitet

(Publisert første gang i Aftenposten Viten 20/03/2017)

The post Hvordan skal gresset overleve klimaendringene? appeared first on DNAtur.

En intetanende populasjon av fredelige urinnvånere er omringet av aliens som venter på en sjanse til å angripe. Alien-individer kan ikke selv rykke inn til urinnvånerne, og sender i stedet inn en flåte av usynlige informasjonskapsler som inneholder oppskrift på hvordan urinnvånerne kan omprogrammeres til å ta form av aliens. Kapslene fester seg umerkelig på urinnvånerne og sakte, men sikkert transformeres urinnvånerne til en ren populasjon av aliens. Invasjonen er komplett.

Nyutgivelse av «Invasion of the body snatchers»? Nei da, bare en vanlig dag i den danske lyngheien.

Norge har 1719 fremmede plantearter

Det siste århundret har mange fremmede planter blitt importert og plantet i Norge. Etterhvert har vi fått en lang liste med arter som har kommet inn i landet og overtar for arter som hører naturlig til på stedet. Kjempeedelgran, rynkerose, parkslirekne, canadagullris og lupiner er eksempler på slike arter.

Det finnes 1719 fremmede plantearter i Norge i dag. De kan være spredt ved hjelp av menneskelig aktivitet til områder der de ikke hører naturlig hjemme, enten ved import av planter til bruk i hager eller jordbruk eller som en konsekvens av at vi reiser mer og får med oss frø hjem. Flere av disse artene er en trussel mot naturmangfoldet i Norge.

Faren er at invasive arter – altså arter som ikke hører naturlig hjemme på et sted – utkonkurrerer stedegne arter og endrer de økologiske betingelsene på stedet. Invasive arter kan også krysse seg – hybridisere – med stedegne arter.

Det gir automatisk middels risikonivå og selv med begrenset spredning vil arten komme på Svarteliste for Norge. Hybridisering (overføring av gener) kan være svært vanskelig å påvise, og vi mangler kunnskap om rollen hybridisering spiller i planteinvasjoner.

Et eksempel på en skadelig invasiv art er gyvel (Cytisus scoparius). Fra å finnes bare noen få steder på Sørlandet på begynnelsen av 1900-tallet, har den nå spredt seg hele veien langs kysten fra Trøndelag til Østlandet. På Einarsneset på Lista dominerer den det sjeldne og truede kystheilandskapet. Vi ser er at den sprer seg med forholdsvis stor hastighet, og vi frykter at den vil overta kystheilandskap også andre steder, for eksempel på Jæren. Problemet er at vi ikke vet om den er naturlig hjemmehørende i norsk flora eller om den er innført.

Italiensk monsterplante i Danmark

For å lære mer om gyvel oppsøkte vi en vernet lynghei i Danmark der stedegen gyvel vokser i et vakkert landskap med sanddyner og lave lyngvekster. Rundt dette området, og i hele vest-Jylland, har det vært plantet gyvel importert fra Italia på 1950- og 1960-tallet for å forbedre jordsmonn for landbruk.

Vi ønsket å finne ut om den innførte gyvelen krysser seg med den stedegne. En kartlegging av plantenes genetiske materiale kunne gi oss svar på dette. Analysene viste at de to typene krysser seg med hverandre og at det er mange invasive individer inne i lyngheilandskapet.

Gener kan spre seg i et landskap på to måter, ved frø eller med pollen. Ved hjelp av genetiske analyser kan vi skille mellom pollen eller frø som spredningsmekanisme. Vi regnet med at den invasive gyvelen hadde spredt seg inn i det vernede lyngheilandskapet med frø som hekter seg på dyr eller mennesker som beveger seg inn i området. Når de først var etablert i lyngheien, kunne de så fritt krysse seg med den stedegne gyvelen. Men der tok vi feil. Vi fant ingen bevis på at det er frøspredning inn i området. Hvordan kunne det da ha seg at vi fant invasive individer inne i området?

En science fiction-historie fra virkeligheten

I dette tilfelle skjer all genoverføring via pollen. Pollenet den invasive gyvelen sender ut inneholder all genetisk informasjon som er nødvendig for å bygge opp invasiv gyvel inne i lyngheilandskapet. Ved å pollinere de stedegne plantene begynte en gradvis overtagelse av genomet til den stedegne gyvelen, som igjen førte til at plantene endret utseende til å bli like de invasive typene. Slik har de invasive gyvlene krysset seg med de stedegne gyvlene litt mer for hvert år, og i løpet av en 50-årsperiode har de endret de lokale gyvlenes DNA og utseende til sitt eget.

Fortapt hjemmehørende gyvel

Det som var merkelig, var at vi ikke fant at den stedegne gyvelen krysset seg med den invasive gyvelen på utsiden av lyngheien. Den invasive gyvelen hadde klart å komme seg inn i området der den stedegne gyvelen holdt hus, men ikke motsatt. Det fantes altså ingen stedegne gyvler blant den italienske gyvelen. Hvordan kunne det skje?

Vi oppsøkte lyngheien på nytt, denne gangen under blomstringstiden. Det ble raskt klart for oss hvorfor pollineringen bare gikk fra den invasive til den stedegen gyvelen. Den italienske gyvelen hadde langt flere blomster og plantene var mer enn dobbelt så høye som hos de små, krypende gyvlene i verneområdet. De invasive gyvlene har altså et enormt pollineringspotensiale.

Gyvelen som hører naturlig hjemme i sanddynene i lyngheilandskapet i Danmark, har altså ikke en sjanse. De blir sakte, men sikkert omformet til monsterplantene fra Italia og har ingen mulighet til å slå tilbake. De er fortapt – endret innenfra ved at genomet ble invadert av en fremmed angriper.

Mange lignende eksempler

Dette eksempelet er ikke unikt. Vi har eksempler på at enkelte arter overtar andre, og at arter krysser seg med hverandre. Et eksempel på dette er villeple og hageeple som krysser seg med hverandre.

Vi har foreløpig lite kunnskap om hva slags rolle hybridisering spiller i invasjonsbiologien, og vi har antagelig ulike grader av genoverføring fra genetisk forurensing av enkelte gener til full genetisk overtagelse.

Situasjonen for gyvel i Norge er uklar, og det er fortsatt et åpent spørsmål om den er stedegen, innført eller begge deler. Vi kan faktisk ende opp med den paradoksale situasjonen at deler av norsk gyvel skal på svartelisten, mens noe skal på rødlisten. Hvis dette er tilfelle, kan det bli vanskelig for den stedegne norske gyvelen å motstå et lignende angrep som den danske gyvelen er utsatt for, og da ser fremtiden svart ut for norsk gyvel.

Studien er publisert i Molecular Ecology

Denne teksten er først publisert på Aftenposten Viten 

The post Invasjon i lyngheiene appeared first on DNAtur.