tiistai 31. joulukuuta 2013

Kahdentunut genomi ja muita tutkittuja juttuja

Amborella trichopoda -pensas kertoo kaikkien kukkakasvien historiasta
(kuva Stan Shebs, Wikimedia Commons).

Vuoden viimeisissä tiedeuutisissa perehdytään kukkakasvien alkuperään, uusiin pelargonialajeihin sekä ruohokasvien ja pensaiden kasvueroihin aroseuduilla. Tässä katsauksessa ollaan ajan hermoilla ja katsotaan jopa tulevaan, sillä tutkimusartikkeleista kaksi julkaistaan lehtien paperiversioissa vastan ensi vuoden puolella. Ensi vuonna tiedeuutiset jatkavat edelleen uusin, ajankohtaisin tutkimusaihein.

Uusia pelargonialajeja

Eteläafrikkalainen tutkija Marais on perehtynyt paikalliseen pelargonialajistoon kasvionäytteiden, Stellenboschin yliopiston kasvitieteelisessä puutarhassa kasvavien yksilöiden sekä maastossa tapahtuneiden tutkimusten avulla ja vertaillut kasvien rakennetta eli morfologiaa. 

Tutkimustensa perusteella hän  ehdottaa Pelargonium sulphureum -lajille uutta nimeä Pelargonium flavidum sekä esittelee kolme muuta, tieteelle täysin uutta Horacea-ryhmän luonnonvaraista pelargonialajia: Pelargonium pallidoflavumPelargonium weberi sekä Pelargonium sabulosum. P. sulphureum -pelargonin uutta nimeä tutkija perustelee sillä, että Reinhard Knuth vuonna 1912 antama lajinimi sulphureum viittaa rikinkeltaisiin kukkiin, mutta kaikki tutkitun kasvilajin yksilöt kukkivat haaleamman keltaisin kukin. Niinpä uusi lajinimi flavidum, joka tarkoittaa kellertävää, kuvaisi tutkijan mielestä paremmin kasvin ominaisuuksia. 

Uusi pelargonialaji Pelargonium sabulosum.
Kuva tutkimusartikkelista.

Kolme uutta löydettyä pelargonialajia ovat kaikki nekin niin ikään keltakukkaisia, matalia kasveja. P. pallidoflavum kukkii kalpeankeltaisin, kasvin kokoon nähden suhteellisin suurin kukin. Lajinimi pallidoflavum tarkoittaakin kalpeankeltaista. P. weberi, myös kalpeankeltakukkainen pelargonialaji, on puolestaan nimetty Wolfgang Weberin mukaan, joka on kerännyt useita näytteitä harvinaisista Horacea -ryhmän pelargoneja. P. sabulosmun muistuttaa niin ikään ulkoisesti kolmea jo kuvailtua lajia. Se kasvaa hiekkaisilla kasvupaikoilla, johon lajinimikin viittaa. 

Alkuperäinen tutkimusartikkeli: E.M. Marais (2014) One name change and three new species of Pelargonium, section Hoarea (Geraniaceae) from the Western Cape Province. South African Journal of Botany.


Kukkakasvien syntyhistorian saloja

Varhaisella kukkakasvilla (Amborella trichopoda) on hyvin vaatimattomat kukat, mutta kukat kuitenkin (kuva Mike Bayly, Wikimedia Commons).

Amborella Genome Project -tutkimusryhmä on saanut sekvensoitua koko Amborella trichopoda -kasvin genomin. Kasvi on pensas, jonka kotipaikka on Uusi-Kaledonia, saariryhmä keskellä Tyyntä valtamerta. Tieteellisesti kiinnostavan A.trichopodasta tekee se tosiasia, että kasvi on geneettisesti hyvin lähellä kaikkien koppisiemenisten varhaista kantamuotoa ja edustaa nykyään vanhimpana tunnettuna kukkakasvina. Näin ollen sen genomi voi paljastaa paljon arvokasta tietoa siitä, millaisia ensimmäiset kukkakasvit olivat ja miten kukkakasvien hyvin monimuotoinen ryhmä alun perin syntyi. 

Amborella -kasvin genomi onkin kertonut paljon mielenkiintoisia asioita kukkakasvien syntyvaiheista. Ensinnäkin tutkijaryhmä on selvittänyt, että koko genomin kahdentuminen on nimen omaan kukkakasveille ominainen piirre, ja todennäköisesti vastuussa kukkakasvien syntymisestä. Asian tutkimista helpotti se, että A. trichopodan genomi ei ole tutkijoiden helpotukseksi enää tämän ensimmäisen kahdentumistapahtuman jälkeen enää moninkertaistunut. Useat nuoremmat kukkakasvithan ovat käyneet läpi vielä useampia genomin kahdentumisia.

Tämä ensimmäinen genomin kahdentuminen aiheutti yli tuhannen eri geeniryhmän synnyn, sisältäen muun muassa tärkeitä kukkimiseen, puuaineksen muodostumiseen sekä ympäristön aiheuttamiin stressitekijöihin reagoimiseen liittyviä geenejä. Genomin kahdentumisen seurauksena kasvien käyttöön saamien ylimääräisten geenien ansiosta kukkakasvit lähtivät jo syntyessään eriytymään siksi tavattoman monimuotoiseksi lajikirjoksi, joka nykyään vallitsee maapallon kasvistossa. 

Kasvin mitokondriaalisesta genomista on paljastunut vielä lisää yllätyksiä: kooltaan huiman iso genomi sisältää nimittäin useita toisilta lajilta peräisin olevia laajoja geenipätkiä viherleviltä, lehtisammalilta ja muilta kukkakasveilta. Kolmen viherlevän ja yhden sammalen mitokondriaalinen genomi on päätynyt kokonaisuudessaan A. trichopodan mitokondrioihin. Amborella -kasvin monet jännittävät ominaisuudet johtavatkin vielä mitä moninaisimpiin jatkotutkimuksiin. 

Alkuperäinen tutkimusartikkeli: K. Adams (2013) Genomic Clues to the Ancestral Flowering Plant ja mainitut muut tutkimusartikkelit. Science. 


Ruohokasvit kukoistavat aroalueilla

Patagonian kuivaa aroaluetta, steppeä, hallitsevat ruohot (kuva Jason Hollinger, Wikimedia Commons).

Maapallon suurten kuivien tasankoalueiden valtakasveina kukoistavat ruohokasvit. Amerikkalaisista tutkijoista koostuva ryhmä on selvittänyt Argentiinan eteläosassa Patagonian steppellä tehdyissä lannotekokeissa ruohokasvien ja muiden pensaiden vasteita lisääntyneeseen typen määrään. Typen määrä kun on useimmiten kasvien kasvua rajoittava tekijä kaikissa ekosysteemeissä. 

Tutkijat päättelivät, että typpi toimii ruohokasvien kasvun osalta rajoittavampana tekijänä kuin pensasmaisten kasvien. Tähän johtopäätökseen he tulivat siksi, että kasveilla on rakenteeltaan erilainen juuristo, sekä toisistaan eroavat tavat typen keräämiseksi, siirtämiseksi ja varastoimiseksi. Tyypillisesti ruohokasvit keräävät matalalla juuristollaan ravinteita maaperän ylemmistä kerroksista, kun taas pensaiden syvemmälle yltävät juuret käyttävät näiden kerrosten, usein harvassa olevia, ravinteita.

Tutkiakseen oletustaan tutkijat perustivat Patagonian aroalueelle, steppelle, tutkimusaloja, joita he lannoittivat typpilannoitteella kahden vuoden ajan. Typpeä annosteltiin 50kg hehtaaria kohden ja tutkijoilla oli käytössään kaksikymmentä 9 neliömetrin koealaa. Näistä puolet jaettiin satunnaisesti kontrollialoiksi, joille ei kokeen aikana lisätty typpilannoitetta. Typpilannoite levitettiin koealueille veteen sekoitettuna, kontrollialueiden saadessa pelkän vesikastelun ilman lannoitetta.

Senecio filaginoides -villakkolaji keräsi ainoana tutkimuksen
pensaana lehdistöönsä lisätyppeä kaksivuotisen lannoituskokeen seurauksena
(kuva Expedicionsomuncura, Wikimedia Commons).

Kahden vuoden jälkeen tutkijat mittasivat koealojen kasvien biomassan sekä kasvien lehdistön typpipitoisuuden. Kaikkien ruohokasvien biomassa oli lannoitetuilla koealoilla tilastollisesti merkittävästi suurempi, kuin lannoittamattomilla alueilla, kun taas pensaiden biomassassa ei lannoituksesta huolimatta ollut tilastollista eroa. Myös lehdistön typpipitoisuus oli noussut merkittävästi ruohokasveilla. Pensailla se oli yhtä villakkoihin kuuluvaa lajia, Senecio filaginoidesia, lukuun ottamatta pysytellyt kutakuinkin samalla tasolla kuin ennen koetta. S. filaginoides -villakkokasvin lehdistön typpipitoisuus poikkesi ennen koetta muista pensaslajeista, ollen samalla matalammalla tasolla ruohokasvien kanssa.

Tutkijoiden mukaan tutkimustulokset vahvistavat, että typpi toimii aroalueilla ruohokasvien osalta rajoittavampana tekijänä kuin pensaiden. He arvelevat, että osasyynä tähän on se, että aroalueiden pensaat ottavat talteen noin 7-16% tarvitsemastaan typestä maaperän kautta, kun taas ruohoilla maaperästä saatava typpi muodostaa 30% typen tarpeesta. Näin ollen maaperän typpilannoitus hyödyttää enemmän ruohokasveja. Koska ilmakehän typen on ennustettu, ja osin  havaittukin, lisääntyvän, myös aroalueiden typen kierrot ja typpimäärät voivat tulevaisuudessa muuttua. Täten myös alueen kasvillisuus voi muuttua ja typpilisäyksestä parhaiten hyötyvät lajit voivat tulevaisuudessa pärjätä entistä paremmin.

Alkuperäinen tutkimusartikkeli: L. Yahdjian, L. Gherardi & O.E. Sala (2014) Grasses have larger response than shrubs to increased nitrogen availability: A fertilization experiment in the Patagonian steppe. Journal of Arid Environments

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...