Polyamiiniaineenvaihdunnan rooli metsämännyn abioottisissa stressivasteissa

Väitöskirjatutkimuksen tarkoituksena oli selvittää millainen merkitys polyamiiniaineenvaihdunnalla on metsämännyn sopeutumisessa ympäristön aiheuttamiin stressitekijöihin, kuten kuivuuteen tai keväthallaan. Kasvit ovat paikallaan pysyviä organismeja, jonka vuoksi niiden suojautuminen ympäristön aiheuttamiin stressitekijöihin perustuu lähinnä aineenvaihdunnassa tapahtuviin muutoksiin. Muuttuva ilmasto tuo omat haasteensa pitkän sukupolvenvälin organismille metsämännylle, jonka evolutiivinen sopeutuminen on hidasta.

Polyamiinit ovat pienimolekyylisiä typpiyhdisteitä, joilla on keskeinen merkitys solujen toiminnassa. Polyamiinit säätelevät perusaineenvaihduntaa, vaikuttaen solujen ja organismien kasvuun ja kehitykseen. Lisäksi polyamiineilla tiedetään olevan stressitekijöiltä suojaavia tehtäviä soluissa.

Tutkimus toteutettiin kolmessa eri kokeessa, joissa polyamiiniaineenvaihduntaa selvitettiin osana männyntaimien ja erilaistumattomista somaattisista alkioista peräisin olevien soluviljelmien stressivasteita. Kahdessa kokeellisessa tutkimuksessa männyn sirkkataimia altistettiin erilaisille kasvualustan vesipitoisuuksille ja keväthallan lämpötilaolosuhteille. Kolmannessa kokeessa osmoottisen stressin aiheuttamia muutoksia polyamiiniaineenvaihdunnassa tutkittiin erilaistumattomissa somaattisissa alkiosolukoissa nesteviljely-ympäristössä.

Tulokset osoittavat, että polyamiinien pitoisuudet ovat tiukasti säädeltyjä eri solukoissa ja ne olivat suhteellisen tasaisia erilaisista stressitekijöistä huolimatta. Taimien yhteyttävät solukot kerryttivät putreskiinia (polyamiini) voimakkaassa kuivuusstressissä, antaen viitteitä siitä, että putreskiini on mukana yhteyttävien solukoiden suojaamisessa. Polyamiinipitoisuuksien säätely tapahtui geenien toiminnan tasolla niin, että stressitekijät alensivat polyamiineja hajottavien entsyymien tuottoa ja polyamiinien biosynteesigeenit ilmenivät tasaisesti myös stressiolosuhteissa.

Tutkimuksessa kehitettyjä koejärjestelyjä voidaan hyödyntää jatkotutkimuksissa, kun halutaan selvittää esimerkiksi epigeneettisesti säädeltyjen geenien toimintaa ja edelleen männyn mahdollisuuksia selviytyä muuttuvissa ilmasto-olosuhteissa. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää myös esimerkiksi suometsien uudistamisessa.