Professor Charles Melnyk och hans forskargrupp vid Sveriges lantbruksuniversitet, SLU, i Uppsala har tidigare mest ägnat sig åt att undersöka vad som sker i växter på cellnivå för att kunna förfina tekniken att ympa två eller flera växter så att de läks ihop till en planta – något som används inom växtförädling.

Men sedan en tid tillbaka har deras forskningsområde expanderat till att i hög grad omfatta hur växter reparerar och förnyar sin vävnad, så kallad regenerering. Detta är Charles Melnyks huvudspår i hans nya Wallenberg Academy Fellow-projekt som sträcker sig till 2028. 

– Träd och växter är ständigt under attack. Det kan storma, snöa och falla is på dem, insekter och svampar kan angripa dem och rådjur kan äta dem. Allt detta orsakar olika slags skador. Vi tror att växternas förmåga att läka vävnader är väldigt, väldigt viktig och kan användas för att förbättra plantornas egenskaper, säger Melnyk, som bott i Sverige sedan 2017 men som ursprungligen är från Kanada.

En del växter är kända för att ha lätt för att läka sig själva, som rosor och äppelträd. De har stor ympningspotential. Hit hör också exempelvis paprika, tomat och gurka. Detta medan växter som risplantor eller svenska tallar har betydligt sämre förmåga att regenerera.

Charles Melnyk och hans team fokuserar först och främst på örten backtrav, Arabidopsis thaliána, vilken i praktiken fungerar som en modellorganism för hur växter fungerar och läker sig själva på cellnivå.

I ett av labben studerar de små, avklippta blad från backtrav med hjälp av mikroskop. Bladen ligger i olika fack på en bricka med näringslösning för att man ska kunna se hur de läker. Nästan alla blad, några mer än andra, har utsöndrat celler som liknar en salva på snittytan som benämns kallus. När denna stelnar bildas en skyddande ”sårkork”.

Samtidigt i universitets källare följer de backtravplantor, vars vackra, skira vita blommor svajar i en odlingskammare, för att se hur de växer. Och – en våning upp – i ett stort växthus, i skenet av starka lysrör, tronar tomat- och paprikaplantor som ympats med varandra i studiesyfte.

Växter tar beslut                                                             

Utöver ympning är det vanligt att odlare skapar fler plantor genom att dela en växt i bitar, och sedan plantera dessa i jord eller näringslösning – men exakt hur denna regenerering i plantornas signalsystem sker är okänt, enligt Charles Melnyk.

En viktig grundtanke i hans forskning är att när en växt väl har fått en skada så har den två möjliga alternativ.

– Plantan måste bestämma om den ska slå tillbaka och använda sina försvarsmekanismer eller om den ska laga sina skador via regenerering – och det vi försöker ta reda på är hur plantan räknar ut vad den ska göra.

Vi tror att växternas förmåga att läka vävnader är väldigt, väldigt viktig och kan användas för att förbättra plantorna.

Ett tidigt fynd pekar på att om plantan väljer förnyelse, så kan den samtidigt stänga av den andra vägen, försvarsfunktionen – och tvärtom – i syfte att ge kraft åt den valda processen.

Denna unika kunskap försöker Uppsalaforskarna nu att utnyttja på olika sätt. Exempelvis i arbetet att undersöka vilka specifika signalvägar och receptorer som plantor använder för att exempelvis mota bort svampar och insekter.

– Plantor är ganska smarta; de har olika receptorer för att känna igen specifika hot. Vi har också identifierat en särskild försvarsreceptor. Och om vi blockerar den, så kan vi se att plantan förnyar sig bättre, säger Charles Melnyk.

När signalsystemen i plantans vävnader väl har kartlagts, hoppas forskarna att kunna använda sin nyvunna kunskap om regenerering till att trigga förnyelseprocessen hos andra växter – som exempelvis risplantor eller svenska tallar, vilka i dag anses ha dålig förmåga att regenerera.

Testar 4 000 kemiska ämnen

Samtidigt arbetar forskarna parallellt med andra spår.

I ett av dessa testar en doktorand att tillsätta små kvantiteter av 4 000 olika kemikalier, bland dem hormoner, på odlingar av backtrav i ett av labben. Hon går igenom ett ämne i taget och hinner med cirka 100 kemikalier per vecka.

– Vi tillsätter dem till våra ”Arabidopsis” och ser hur örten reagerar. Ibland blir den väldigt irriterad och slutar växa eller dör. Men vi hoppas att några av dessa kemikalier ska fungera som signalsubstanser och skapa en väldigt fin regenereringseffekt, säger Charles Melnyk.

Under förutsättning att ämnet är lätt att tillverka och inte giftigt kan det möjligen i framtiden komma att öka växtens förmåga att regenerera, läka och föröka sig.

Men Charles Melnyk och hans grupp undersöker också hur pH-värde, närsalter i jorden, temperatur och nederbörd liksom växters ålder påverkar deras möjligheter att läka och växa.

Unga växters vävnader regenererar och läker bra och går lätt att ympa – men inte äldre vävnader. Det är ett problem som forskarna nu försöker att förstå och de vill nu ta reda på vad som gör att unga vävnader har så goda egenskaper.

– Vi skulle vilja kunna överföra deras egenskaper till äldre växter så att de läker bättre och snabbare och kan kombineras med andra plantor via ympning, säger han.

Text Monica Kleja
Bild Magnus Bergström