Lignin characteristics and ecological interactions of PtCOMT-modified silver birch
Tiimonen H. (2007). Lignin characteristics and ecological interactions of PtCOMT-modified silver birch. https://doi.org/10.14214/df.51
Tiivistelmä
Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää 35S- ja UbB1-promoottorien alaisuudessa toimivan, amerikanhaavasta (Populus tremuloides) peräisin olevan PtCOMT (kaffeaatti/5-hydroksyferulaatti-O-metyylitransferaasi)-geenin vaikutusta rauduskoivun puuaineen eli ligniinin syringyyli(S)-yksikköjen muodostukseen. Työssä havaittiin siirtogeenien sijoittuneen pysyvästi rauduskoivun perimään, ilmenevän muodostuvassa puussa ja ilmenemistasojen vaihtelevan siirtogeenilinjan mukaan. 35S-PtCOMT-linjojen ligniinissä syringyyli- ja guaiasyyli-yksikköjen suhde (S/G) oli laskenut merkittävästi ja ligniinissä havaittiin poikkeavia 5-OH-G-rakenneyksikköjä. Havaitut ligniinikemialliset muutokset johtuivat otaksuttavasti alentuneesta COMT-geenin aktiivisuudesta ja S-yksikköjen vähentyneestä synteesistä varressa, lehdissä ja juurissa. Alentunut S/G-suhde ei vaikuttanut puun kasvuun tai morfologisiin ominaisuuksiin. Tämän tutkimuksen tulokset tukevat nykyistä käsitystä COMT-geenin keskeisestä merkityksestä lehtipuuligniinin S-yksikköjen muodostuksessa. PtCOMT-geenin toiminnan paikallistamiseksi rauduskoivuihin siirrettiin GUS (β-glukuronidaasi) -reportterigeeni PtCOMT-promoottorin alaisuudessa. Kasvukauden aikana geenin osoitettiin toimivan pääsääntöisesti uudessa kehittyvässä puussa sekä nilan kuiduissa. PtCOMT-geenin havaittiin ilmenevän myös puun mekaanisen taivuttamisen seurauksena muodostuvassa reaktiopuussa, mutta vastaavaa yhteyttä haavoittamiseen ei todettu. In vitro-kokeissa selvitettiin PtCOMT-muuntamisen mahdollisia vaikutuksia rauduskoivun ja hyönteisherbivorien sekä ektomykorritsasienen välisiin suhteisiin. Kokeissa havaittiin koivukloonien ja muuntogeenilinjojen välisiä eroja. Hyönteisten ravinnonvalintakokeissa haapa-, kevätharmo- ja pilkkuharmomittaritoukkien suosima koivulehden laatu ei ollut yhteydessä PtCOMT-muunnettuun ligniiniin, vaan erot liittyivät todennäköisesti muuntogeenisyydestä aiheutuneisiin epäsuoriin vaikutuksiin kuten kasvien muuttuneeseen kasvurytmiin. PtCOMT-linjat muodostivat sienijuuren pulkkosienen (Paxillus involutus) kanssa, mutta jotkin sienisymbioosin ominaisuudet, kuten Hartigin verkon muodostus, erosivat kontrollista. Se, millä tavoin havaitut linjakohtaiset erot johtuivat ligniinimuuntelusta tai muista tekijöistä, kuten siirtogeenien aiheuttamista epäsuorista vaikutuksista, edellyttää lisäselvityksiä. Ligniinimuuntamisen ekologisten vaikutusten laajapohjaisempaa tarkastelua varten tarvitaan jo tehtyjen in vitro -kokeiden lisäksi myös kokeita kenttäkasvatusolosuhteissa.
Avainsanat
COMT geeni;
ektomykorritsa;
hyönteisherbivorit;
muuntogeeninen puu;
promoottori-GUS;
syringyyli (S) ligniini
-
Tiimonen,
University of Oulu, Department of Biology
Sähköposti
heidi.tiimonen@metla.fi
Julkaistu 29.11.2007
Katselukerrat 4125
Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.51 | Lataa PDF
Osajulkaisut
Aronen, T., Tiimonen, H., Tsai, C.-J., Jokipii, S., Chen, X., Chiang, V. and Häggman, H. 2003. Altered lignin in transgenic silver birch (Betula pendula) expressing PtCOMT gene. In: Espinel, S., Barredo, Y. & Ritter, E. (eds.) Sustainable forestry, wood products & biotechnology. DFA-AFA Press, Vitoria-Gasteiz, Spain. p. 149-161.
Tiimonen, H., Häggman, H., Tsai, C.-J., Chiang, V. and Aronen, T. 2007. The seasonal activity and the effect of mechanical bending and wounding on the PtCOMT promoter in Betula pendula Roth. Plant Cell Reports 26: 1205-1214.
https://doi.org/10.1007/s00299-007-0331-x
Tiimonen, H., Aronen, T., Laakso, T., Saranpää, P., Chiang, V., Ylioja, T., Roininen, H. and Häggman, H. 2005. Does lignin modification affect feeding preference or growth performance of insect herbivores in transgenic silver birch (Betula pendula Roth)? Planta 222: 699-708.
https://doi.org/10.1007/s00425-005-0002-5
Tiimonen, H., Aronen, T., Laakso, T., Saranpää, P., Chiang, V., Ylioja T., Häggman, H. and Niemi K. Paxillus involutus forms ectomycorrhizal symbiosis with PtCOMT-modified Betula pendula in vitro. (Submitted manuscript).
Häggman, H., Niemi, K., Tiimonen, H., Ylioja, T. and Chiang, V. 2006. Environmental aspects of lignin modified trees. In: Fladung, M. & Ewald, D. (eds.) Tree transgenesis: Recent developments. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, Germany. p. 105-122.
