Backtrav är en liten oansenlig växt. Den växer naturligt i många delar av världen och i Sverige hittar du den längs vägkanter, stigar och på åkrar. Men trots sin lågmäldhet används den flitigt som modellväxt av forskare inom både växtbiologi och genetik.

Förklaringen är att den växer snabbt och har en relativt liten arvsmassa som är enkel att modifiera. I dag finns stora mängder genetisk information om backtrav, eller Arabidopsis thaliana.

En ytterligare fördel är att den inte kräver så mycket plats för att växa, påpekar Markus Schmid när han tar emot vid Sveriges lantbruksuniversitet i Uppsala.

Han öppnar dörren till ett av flera odlingsrum där den blommande örten växer i täta rader på hyllorna. Rummet badar för närvarande i ljus men forskarna kan styra klimatet exakt som de vill. När en av Markus Schmids doktorander utsatte plantorna för en något lägre temperatur än vanligt gjorde hon en överraskande upptäckt.

– Normalt odlar vi växten vid vår standardtemperatur 23 grader. Men när vi sänkte till 16 grader blev en av plantorna väldigt liten, växte dåligt och såg inte ut att må särskilt bra. Att en så liten sänkning av temperaturen påverkar utseendet så kraftigt är väldigt ovanligt.

Störd genetisk process

Förklaringen var att växten bar på en ovanlig mutation. När forskarna undersökte arvsmassan hos plantan fann de en förändring i en av de gener som är involverade i splitsningen av RNA-molekyler, som utgör en del av mallen för proteinsyntesen. Hos den muterade växten var processen störd vilket gjorde den extra känslig för temperaturförändringar.

– Vi gjorde omfattande genetiska och genomiska analyser och insåg att det finns ett samband mellan hur växter reagerar på stress och den här processen.

Splitsningsprocessen är komplex och kräver samordnad aktivitet från flera hundra olika gener och proteiner.

– Det är en skrämmande komplicerad process där många av de här generna faktiskt inte studerats särskilt ingående tidigare.

Utvecklade ny metod

För att kunna undersöka processen närmare behövdes en ny metod för att ta reda på hur olika gener och proteiner interagerar med varandra. En av Markus Schmids postdoktorer tog sig an utmaningen vilket resulterade i ett nytt sätt att kartlägga det komplexa nätverket av interagerande proteiner.

– Om vi tänker oss att vi har 400 proteiner i backtrav som är kopplade till splitsning, så innebär det mängder av möjliga interaktioner. Och dagens standardtekniker är inte särskilt bra på att analysera alla dessa på en gång.

Att utveckla den nya metoden tog närmare tre år och nu står forskarna inför att patentera den.

– Utan anslaget Wallenberg Scholar hade det aldrig varit möjligt. Anslaget ger möjligheten att ta sig an oväntade forskningsuppslag. För mig har det också blivit ett sätt att ge mina kollegor större frihet, säger Markus Schmid.

Tillämpad forskning är viktig, men tar den över riskerar vi att tappa grundläggande genombrott som leder till oväntade insikter. Vi måste hitta en balans, även i hur forskningen finansieras.

Nästa steg är att använda metoden för att kartlägga hela splitsningsmaskineriet och förstå hur det hänger samman med hur DNA kopieras till RNA. En ökad förståelse kan göra det möjligt att hjälpa även andra växter att hantera stress och förändrade temperaturer. En möjlig väg är att kunna stärka växternas motståndskraft med hjälp av naturliga eller syntetiska proteiner – lite som ett vaccin mot temperaturförändringar.

– Om vi hittar små proteiner som kan justera splitsningen så skulle vi kunna ge växterna en större motståndskraft mot olika former av stress. Men vi har samtidigt ingen aning om det kommer att fungera, dock är det definitivt värt att testa.

Markus Schmid drar en parallell till användningen av genteknologier som CRISPR-Cas9 för att påverka arvsmassan med oöverträffad precision på ett aldrig tidigare skådat sätt. Kanske kan ett liknande angreppssätt öppna för nya sätt att ge odlade växter en bättre motståndskraft mot klimatförändringarna.

– Jag skulle inte rekommendera någon att bygga sin karriär på den här idén för risken att misslyckas är stor. Men som gruppledare är det viktigt att ge mina medarbetare både en trygghet och något som är roligt och spännande att utforska.

Drivkraften är nyfikenhet

Upptäckten av den nya mutanten gjordes när Markus Schmid var vid Max Planck-institutet i Tübingen. Sedan dess har han arbetat en period vid Umeå universitet och nu leder han en forskargrupp vid SLU i Uppsala.

–Mitt arbete har alltid baserats på min nyfikenhet: jag vill helt enkelt förstå hur saker och ting fungerar. Som hur växterna reagerar på temperaturen och hur de anpassar sin tillväxt och utveckling efter temperaturförändringar.

Trots att han beskriver sig själv som en lat skolelev med mediokra betyg så lockades han tidigt av naturvetenskapen.

– Samtidigt är detta en mycket osäker karriärväg där mycket kan gå fel. Det krävs både kontakter och en stor skopa tur för att lyckas. För en forskare i starten av sin karriär är det viktigt att skaffa sig ett bra nätverk som du kan lita till för stöd och goda råd, säger Markus Schmid.

Text Magnus Trogen Pahlén
Foto Magnus Bergström