Forskningsprojekt: Granens cellvävnadskultur – framtidens plantproduktion

Träd är en av Finlands viktigaste råvaror för bioekonomin. Enligt forskningen kommer förbrukningen av träd i industrin att öka i framtiden. Produktionen av prydnadsträd samt julträd är också ett växande område. Ifall vi kunde odla träd med önskade tillväxt- och kvalitetsegenskaper eller önskat utseende kunde vi direkt svara på efterfrågan och effektivera produktionen av träråvara. Cellvävnadsodling ger oss denna möjlighet.

Det nordliga klimatet sätter speciella krav på växt- och trädslagen, så att de kan klara sig i Finlands natur. Största delen av de utländska trädslagen klarar sig inte i dessa krävande förhållanden. Den internationella handeln med växter utsätter också våra inhemska växter för många risker, såsom nya sjukdomar och skadegörare, vilket ger orsak till att gynna inhemskt material i såväl skogsodling som vid anläggning av grönområden.

Granen är vid sidan av tallen vårt viktigaste trädslag i skogsodlingen. Nuförtiden produceras största delen av de frön som behövs för skogsodlingens behov i fröplantager. Granens oregelbundna blomning, patogener samt skadegörare i fröplantagerna har lett till en situation, där det är brist på granfrö av god kvalitet.

Med hjälp av cellvävnadsodling kan det produceras kända och till sina egenskaper homogena plantmaterial för skogsbiomassans olika användningsändamål. Önskade egenskaper kan t.ex. vara snabb tillväxt, immunitet, någon önskad kvalitetsegenskap eller ett dekorativt utseende. För prydnadsändamål och grönanläggning lämpar sig t.ex. granar med röda barr, smal krona eller bollform.

Embryokopiering eller somatisk embryogenes

Odling av cellvävnad bygger på totipotensen eller växtcellens förmåga att utvecklas och specialisera sig till vilken som helst växtcell. Somatisk embryogenes är en av vävnadsodlingens metoder, där man härmar den utveckling av fröembryot som sker i ett frö. Med metoden kan man få fram en stor mängd ärftligt likadana embryon. I embryogenesen kan som utgångsmaterial användas i detta nu mogna eller ännu inte mogna fröembryon, som fås att producera embryogenes cellvävnad på ett odlingsmedium innehållande tillväxtregulatorer. Cellvävnaden kan överföras till ett nytt odlingsmedium eller kopieras obegränsat, men vävnadens embryoproduktion sjunker med att den blir gammal.

Cellvävnaden kan bevaras längre tider djupt nedfryst i flytande kväve (-196) eller kryopreserverad, då när vävnadslinjen inte är i odling, och smältas upp till användning vid behov. Genom att byta odlingsmediums tillväxthormoner fås den embryogena vävnadens pre-embryon att utvecklas till mogna embryon, som kan fås att gro till groddplantor på ett lämpligt odlingsmedium. Med metoden är de vävnadsodlade plantorna kopior av en individ som kopierats.

Biotalous fi kuva tekstiin
Genom att färglägga den embryogeniska cellvävnaden (bilden på vänstra sidan) får man syn på de pre-embryon (mellersta bilden), som cellvävnaden innehåller, med hjälp av mikroskop. Pre-embryon utvecklas till mogna embryon (höger bild) på ett rätt odlingsmedium.

 

Mot massproduktion av granplantor genom kloningsprocess 

Den cellvävnadsodlingsmetod som används nu är arbetsam och dyr, cellvävnader odlas och embryon produceras på petriskålar, varvid flyttningen av varje vävnad och plock av embryon görs manuellt. Metodutveckling och anpassning till massproduktion skulle förbättra kostnadseffektiviteten och sänka priset av en planta märkbart. Bioreaktorer för odling av cellvävnadsmassa och embryon, automatiserad räkning av embryon och ett urvalssystem samt optimering av ljusförhållanden under cellvävnadsodlingens olika faser är metoder som förbättrar kostnadseffektiviteten.

Som bäst har man från ett gram cellvävnad kunnat kopiera ca 700 st. embryon. Vävnadens mängd vid odling i skål är vid embryonas mognadsfas endast 200 mg, då åter i en bioreaktor, beroende på modellen, cellvävnadsmängden kan vara tiotal gånger större än i skålen. Från en bioreaktor kunde man få flera tusen groddar under optimala förhållanden.

Ifall cellvävnadsodlingen kunde påbörjas från gamla träd, med egenskaper man redan skulle känna, vore den en stor fördel. Då skulle de långa fältförsöken, som man idag måste ha för att testa de från fröembryon kopierade cellplantornas egenskaper, falla bort. Forskningen om hur ”vuxna” granar kunde kopieras med cellvävnadsodling har inletts, och man har lyckats producera de första SE-plantorna genom användning av granarnas knoppar som utgångsmaterial.

I Naturresursinstitutet (LUKE) vid Punkaharju verksamhetsställe har man forskat i somatisk embryogenes från år 2011. Som resultat av forskningen har man utvecklat en metod för cellvävnadsodling som passar i laboratorier. Nu i det pågående projektet, Granens vegetativa förökning – mot framtidens plantproduktion, forskar man t.ex. i utnyttjande av bioreaktorer i odling av vävnad och embryon samt olika ljusförhållandens inverkan på cellvävnadsodlingen.

 

Artikelns författare Frida Lappalainen arbetar som forskare i Naturresursinstitutet med projektet Granens vegetativa förökning – mot framtidens plantproduktion. Hon utvecklar bioreaktor och LED-belysningstillämpningar för olika skeden i granens cellvävnadsodling.

Kontaktuppgifter: Tel. 02 953 24281, e-post frida.lappalainen(ät)luke.fi

 

Länkar (på finska):

Kasvullinen lisäys – osaamista ja teknologiaa biotalouden tueksi

Kuusen solukkolisäys, Metlan työraportteja 310, pdf

Publicerad 15.2.2016