Tutkimus molekulaarisen kasvibiologian linjalla
Molekulaarisen kasvibiologian osaston tutkimuksen vahvuusaloja ovat fotosynteesitutkimus ja ympäristötekijöiden vaikutus kasvien ja syanobakteerien elintoimintoihin ja niiden säätelyyn. Osastosta käsin johdetaan Suomen Akatemian Integroidun fotosynteesi- ja metaboliittitutkimuksen huippuyksikköä. Tutkimusprojektit hyödyntävät perinteisten kasvifysiologian, biokemian ja biofysiikan tutkimusmenetelmien lisäksi molekyyli- ja systeemibiologian menetelmiä. Uutena kehityskohteena on aurinkopolttoaineiden tuotto fotosynteettisten mikroorganismien avulla hyödyntäen luonnon biodiversiteettiä ja synteettisen biologian menetelmiä.
Fotosynteesin mekanismit, säätely ja signalointi - kohti aurinkopolttoaineiden tuottoa (FCoE projekti)
Projektissa selvitetään mekanismeja, joiden avulla kasvit, levät ja syanobakteerit keräävät auringon valoenergiaa ja muuttavat sen meille toisenvaraisille eliöille käyttökelpoiseen kemialliseen muotoon. Tutkimme tylakoidimembraanilla sijaitsevien suurten pigmentti-proteiinikompleksien rakenteen ja toiminnan välistä vuorovaikutusta sekä proteiinikompleksien biosynteesiä ja turnoveria. Selvitämme myös vaihtoehtoisia elektroninsiirtoreittejä ja tylakoidiproteiinien fosforylaatiota, jotka säätelevät fotosynteesin toimintaa muuttuvissa ympäristöolosuhteissa. Yhteyttämiskoneisto ja sen herkkä reagointi ympäristöön vaikuttavat myös voimakkaasti koko organismin sopeutumiseen muuttuviin ympäristöolosuhteisiin. Tämä tapahtuu yhteyttämiskoneistosta johdettujen signaalinsiirtomekanismien avulla ja pyrimme projektissa luomaan systeemibiologian tutkimusmenetelmien avulla kokonaiskuvia erilaisista sopeutumisstrategioista. Tutkimusta suunnataan vahvasti myös biologisen energiantuotannon kehittämiseen hyödyntäen mikroorganismien kykyä tehokkaaseen aurinkoenergian sitomiseen ja "suoraan" biopolttoaineiden tuottamiseen. Projektin johtaja Eva-Mari Aro
Kloroplastien redoksyhdisteet kasvien soluviestinnässä
Kasvit sitovat viherhiukkasissa eli kloroplasteissa tapahtuvassa fotosynteesissä auringon valoenergiaa ja muuttavat sen kemialliseen muotoon. Energiatuotantonsa lisäksi kloroplastit "aistivat" kasvuympäristön fysikaalisissa ja biologisissa tekijöissä tapahtuvia muutoksia. Tämän "aistimisen" avulla kasvi sopeuttaa elintoimintonsa ja kasvutapansa muuttuvien ympäristötekijöiden mukaisiksi. Tutkimuksessa kartoitetaan kasvien geenejä ja geenituotteita, jotka toimivat ympäristötekijöiden aistijoina tai viestin välittäjinä kloroplastissa tai kloroplastin ja tuman välillä kasvien kehityksen aikana ja kasvien sopeutuessa muuttuviin ympäristöolosuhteisiin. Ryhmä tutkii kloroplastin potentiaalisia aistimiseen ja viestin kuljetukseen osallistuvia redoksyhdisteitä, kuten reaktiivisia happimolekyylejä, proteiinien tiolisäätelijöitä sekä proteiinien fosforylointia sääteleviä entsyymejä. Projektin johtaja: Eevi Rintamäki
Osmoottisen stressin soluviestintä lituruoholla
Kuivuuden, suolaisuuden ja alhaisen lämpötilan aiheuttama korkea osmolaalisuus on yksi tärkeimmistä viljelykasvien tuottoa alentavista stressitekijöistä. Päämäärämme on selvittää ne soluviestintäreitit, jotka vastaavat osmoottiseen stressiin. Käyttämällä mallikasvina lituruohoa (Arabidopsis thaliana) analysoimme SNF1-proteiiniin liittyvän kinaasin (SnRK) 2s säätelymekanismia, jonka aikaisemmat tutkimuksemme ovat osoittaneet keskeiseksi säätelyreitillä. Projektin johtaja Hiroaki Fujii
Kasvibiofysiikkaprojekti
Kasvibiofysiikkaprojekti tutkii fotosynteesin happea tuottavaa reaktiota eli valoreaktio II:ta. Projektin tutkimus kohdistuu pääasiassa valon vaikutuksesta tapahtuvaan valoreaktio II:n toiminnan estymiseen eli fotoinhibitioon. Ryhmä on esittänyt fotoinhibition mekanismista hypoteesin, jonka mukaan fotoinhibitio käynnistyy valoreaktio II:n happea vapauttavan kompleksin mangaani-ionien valonabsorptiosta. Fotoinhibition lisäksi ryhmä tutkii valoreaktio II:n toimintaa käyttäen pääasiassa biofysikaalisia menetelmiä kuten klorofyllin fluoresenssia. Projektin johtaja Esa Tyystjärvi
Fotosynteesin vaihtoehtoiset elektroninsiirtoreitit (FCoE projekti)
Kasvien kasvun ja lisääntymisen edellytys on niiden kyky muokata nopeasti elintoimintojaan muuttuvien ympäristöolosuhteiden mukaisesti. Koska fotosynteesireaktiot ovat kaiken tuotannon perusta, fotosynteesikoneiston rakenteen ja toiminnan sopeutuminen erilaisiin olosuhteisiin heijastuu kaikkiin kasvin elintoimintoihin. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää minkälaisia toiminnallisia ja rakenteellisia muutoksia fotosynteesikoneistossa olosuhteiden muuttuessa tapahtuu. Projektin johtaja Paula Mulo.
Geenien ilmenemisen säätely syanobakteereissa
Syanobakteerit ovat tärkeitä perustuottajia ja kasvien viherhiukkasten esi-isiä. Syanobakteerien sopeutuminen muuttuviin ympäristöolosuhteisiin edellyttää geenien ilmenemisessä tapahtuvia muutoksia. Tärkein geenien ilmenemistä säätelevä tekijä on RNA-polymeraasin sigma-alayksikkö. Tutkimme syanobakteerien eri sigma-alayksiköiden roolia ympäristöön sopeutumisessa. Projektin johtaja: Taina Tyystjärvi
Kasvien valosopeutumisen ja puolustusvasteiden yhtymäkohdat (FCoE projekti)
Valo on tärkeä ympäristötekijä, joka toimii fotosynteesin energian lähteenä mutta myös säätelee kasvien elintoimintoja ja puolustusmekanismeja koko kasvin elinkaaren ajan. Kokonaisilla lehdillä suoritetut kokeet ovat tuottaneet perustavanlaatuista tietoa siitä miten kasvit aistivat ja viestittävät valo-olosuhteissa tapahtuvia muutoksia. On myös selvinnyt että lehden eri solutyypeillä on niille ominaisia tiedonvälitykseen ja sopeutumismekanismeihin liittyviä tehtäviä. Signaalinsiirtoon liittyvien mekanismien vuoropuhelua solun eri tiedonvälitysreittien kesken ei kuitenkaan vielä tarkoin tunneta. Tutkimuksen päätavoitteena onkin selvittää millaisten mekanismien välityksellä viherhiukkaset säätelevät kasvien valosopeutumista, puolustusvasteita tai hapenpuutteeseen liittyviä fysiologisia vasteita. Tutkimus hyödyntää kasvibiologian mallikasvina tunnetusta lituruohosta (Arabidopsis thaliana) tuotettuja mutantteja, joille on ominaista valosta riippuvat kehityshäiriöt sekä vääristyneet puolustusreaktiot. Esimerkiksi mutantti, jonka proteiinifosfataasi 2A:n (PP2A) säätelyalayksikön määrä on alentunut, on kitukasvuinen ja kuihtuu ennenaikaisesti kohtalaisen matalassa valointensiteetissä. Tutkimuksemme keskittyy PP2A:n säätelemien prosessien tunnistamiseen hiivan kaksoishybridimenetelmää ja proteomiikan sovelluksia hyödyntäen.. Lisäksi tutkimus hyödyntää uutta tekniikkaa, jossa lehden eri solutyypit voidaan erottaa toisistaan lasersäteen avulla solutyypillisen geenitoiminnan tutkimusta varten.. Tavoitteenamme on tuottaa uudenlaista yksityiskohtaista tietoa kasvien sopeutumismekanismeista. Tämä ymmärrys puolestaan on askel kohti kasvien säätelymekanismien kokonaisvaltaista ymmärtämistä. Projektin johtaja Saijaliisa Kangasjärvi
RNA-hiljennys kasveissa, ja sen inhiboiminen erilaisten virusperäisten hiljennys-inhibiittoreiden avulla siirtogeenisissä N. tabacum ja N. benthamiana kasveissa
Projektissa tutkimme kasvien RNA-hiljennys-mekanismilla toimivan puolustusjärjestelmän vaikutusta virus-infektioihin sekä niiden oireisiin, sekä virusperäisten hiljennys-inhibiittoreiden vaikutusta kasvien geenisäätelyyn, fysiologisiin toimintoihin ja ilmiasuun, sekä kasvien alttiuteen virusinfektioille. Tutkimme näitä virusten ja kasvien välisiä molekyylivuorovaikutuksia käyttäen siirtogeenisiä N. tabacum ja N. benthamiana kasveja, jotka ilmentävät erilaisia virusperäisiä hiljennysinhibiittoreita. Projektin johtaja Kirsi Lehto
Bioenergiaryhmä
Vaihtoehtoisia polttoaineiden tuotantotapoja tarvitaan tulevaisuudessa sekä kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseksi että fossilisten polttoaineiden korvaamiseksi. Työryhmämme keskittyy perus- ja soveltavaan tutkimukseen, jolla on tarkoitus viedä eteenpäin ympäristöä säästäviä tekniikoita polttoaineiden tuottamiseksi. Ryhmänjohtaja: Patrik Jones
Kasvi-sieni-vuorovaikutussuhteet, toksiineja tuottavien Fusarium-punahomeiden molekyylibiologia ja evoluutio ja biologinen kontrolli
Kehitämme ja käytämme molekyylibiologisia detektio- ja kvantifiointimenetelmiä mykotoksiineja tuottaville kasvipatogeenisille Fusarium-punahomeille ja Alternaria-homeille suuren mykotoksiiniriskin omaavien viljanäytteiden löytämiseksi. Käytämme molekyylibiologisia menetelmiä myös eri homelajien tunnistamiseen ja niiden sukulaisuussuhteiden selvittämiseen, timotei- ja ruislajikkeiden sukulaisuussuhteiden selvittämiseen sekä biologisessa torjunnassa käytettyjen eliöiden tunnistamiseen ja seuraamiseen kasveilla torjuntakäsittelyn jälkeen. Tapani Yli-Mattila
Lahottajasienen (Schizophyllum commune) suvullisen lisääntymisen säätely
Schizophyllum communen suvullisessa lisääntymisessä geneettisesti erilaisten haploidien rihmastojen välillä tapahtuu tumien vaihtoa ja vaellusta, jonka seurauksena syntyy dikaryoottinen sinkilärihmasto, johon muodostuu itiöemiä. A- ja B-lokuksen geenit säätelevät tätä tapahtumasarjaa. B- lokuksen geenit koodaavat heterotrimeeriseen G-proteiiniin liittyvää reseptoria ja feromoneja, joiden on oltava erilaiset yhtyvissä rihmastoissa, jotta tumien vaihto toteutuu. Tutkimukseni tavoitteena on selvittää, miten rihmaston tukirangan rakennetta säätelevät proteiinit, kuten esimerkiksi GTPaasi Cdc42 ja kinesiinigeenit, ovat B-lokuksen geenisäätelyn kohteena. Marjatta Raudaskoski