Metsäntutkimuslaitos
Tiedote 04.12.2007

Väitös rauduskoivun ligniinin kemiallisen laadun geenimuuntamisesta ja sen ekologisista vaikutuksista

FM Heidi Tiimosen Punkaharjulla Metsämuseo Lustossa 14.12. tarkastettavassa väitöstutkimuksessa selvitettiin ligniinin S-yksikköjen muodostumista säätelevän geenin (COMT-geeni) toimintaa rauduskoivun puunmuodostuksessa.

Puuaine eli ligniini on keskeinen puun rakenneyhdiste, jonka kertyminen soluseiniin lujittaa puun rakenteen kestäväksi ja mahdollistaa näin muun muassa rungon pystysuoran kasvutavan. Ligniini toimii puukuituja tehokkaasti yhteen sitovana yhdisteenä, joka on liuotettava puuraaka-aineesta selluloosakuitujen vapauttamiseksi paperin ja sellun valmistuksessa. Lehtipuilla, kuten rauduskoivulla, ligniini rakentuu pääosin syringyyli (S)- ja guaiasyyli (G)-yksiköistä, joista S-yksiköt parantavat ligniinin liukoisuutta. Raakapuun ligniinin laadulla on määrän ohella suuri merkitys, koska ligniinin poisto on energia- ja kemikaalikustannusten vuoksi kallista ja ympäristöä kuormittavaa.

Väitöstutkimuksessa selvitettiin S-yksikköjen muodostumista säätelevän geenin (kaffeaatti/5-hydroksylaatti O-metyylitransferaasi, COMT) toimintaa rauduskoivun puunmuodostuksessa. Tutkimuksessa kahdella rauduskoivulinjalla, joiden perimään oli siirretty Amerikan haavalta peräisin oleva COMT-geeni, havaittiin ligniinirakenteessa merkittävästi alentunut S-yksikköpitoisuus sekä poikkeavia 5-hydroksi-guaiasyyli-yksikköjä. Muutokset voivat hidastaa ligniinin biokemiallista hajoamista esimerkiksi sellua keitettäessä. Ligniinimäärässä tai puiden kasvu- tai kehitysominaisuuksissa kasvihuoneolosuhteissa ei havaittu muutosta ei-siirtogeenisiin rauduskoivuihin verrattuna. Saadut tulokset osoittavat COMT-geenin ohjaavan keskeisesti S-yksikköjen muodostumista rauduskoivulla ja tukevat nykyistä käsitystämme lehtipuuligniinimuodostuksesta.

Tutkimuksessa tuotettiin uutta tietoa S-yksikköjen muodostumisen säätelystä kasvukauden edetessä sekä eri stressitekijöiden vaikutuksesta. COMT-geenin havaittiin olevan aktiivinen nuorten rauduskoivujen nilan kuiduissa sekä uudessa muodostuvassa puussa varressa ja juurissa. Varsipuussa pääasiallinen aktiivisuus ajoittui kasvukauden keski- ja loppuvaiheisiin. Juurissa geenin aktiivisuutta havaittiin vartta vähemmän ja aktiivisuuden voimakkain vaihe ajoittui myöhäisemmäksi. Stressitekijätutkimukset osoittivat COMT-geenin toiminnan ja samalla S-yksikköjen muodostuksen voimistuvan varsipuun taivuttamisen seurauksena. Vastaavaa yhteyttä varren haavoituskohtien vahvistamisen ja S-yksikköjen muodostuksen välillä ei havaittu.

Siirtogeenimenetelmin tuotettujen puiden mahdollisia ympäristövaikutuksia on tutkittu toistaiseksi vähän. Tutkimuksen tulokset ligniinimuunnettujen rauduskoivujen, koivunlehteä ravintonaan käyttävien hyönteisten ja ravinteiden ottamista tehostavien symbionttisienen vuorovaikutuksista laboratorio-olosuhteissa ovat siksi ensimmäisiä alallaan. Ligniinin kemiallisen muuntamisen ei havaittu vaikuttavan lehtiä ravintonaan käyttäneiden perhosmittaritoukkien tai kovakuoriaisten ravintovalintaan . Perhostoukkien kasvunopeudessa ei myöskään havaittu eroa muuntelematonta koivunlehteä ravintonaan käyttäneisiin perhostoukkiin verrattuna.

Ligniinimuunnetut rauduskoivulinjat pystyivät myös laboratorio-olosuhteissa muodostamaan puun ravinnetalouden kannalta keskeisen symbioosisuhteen pulkkosienirihmaston kanssa. Sieniyhteyden muodostamisen hyödyt näkyivät muun muassa taimien parantuneena kasvuna ja kuolleiden taimien osuuden vähentymisenä. Tulokset ovat tärkeitä muuntogeenisten metsäpuiden ympäristövaikutusten arvioinnissa ja edelleen poliittisessa päätöksenteossa niiden roolista kestävään kehitykseen perustuvassa metsätaloudessa.

Julkaisu: Tiimonen, Heidi, 2007. Lignin characteristics and ecological interactions of PtCOMT-modified silver birch. Dissertationes Forestales 51.

Lisätietoja:


Metsäntutkimuslaitoksen tiedotteet Internetissä: http://www.metla.fi/tiedotteet/    Metlan RSS-tiedotesyöte
Metla/Viestintä PL 18, 01301 VANTAA, puh. 010 211 2000, sähköposti: info @ metla.fi