Piskuinen lituruoho on kasvitieteilijöiden suosikki. Se on avuksi niin avaruusasemalla kuin olutpanimossa.

Siinä niitä nyt on. Pieniä kasvinrääpäleitä, joiden kukkia täytyy tupsutella vastakkain risteyttämisen vuoksi. Hentoista lituruohoa kasvaa Viikin kampuksella kasvatuskaapeissa, kukkaruukuissa ja kasvihuoneissa.

Ei pidä antaa vaatimattoman ulkonäön hämätä. Lituruoho, Arabidopsis thaliana, on kasvimaailman moniottelija. Se voi paljastaa maamiinat, siivota saastuneet maat ja tuoda olueen komeamman kuohun. Onpa NASA kuljettanut lituruohoa jopa kansainväliselle avaruusasemalle tutkiakseen, löytävätkö varsi ja juuri oikean suunnan painottomassa tilassa.

Ennen kaikkea lituruoho auttaa ymmärtämään muita kasveja. Sen genomi julkaistiin ensimmäisenä kasvina vuonna 2000. Kasvitutkijat selvittävät sen avulla muun muassa kukintaa sekä kasvin kärjen ja juuren kehitystä. Lituruoholla on tutkittu paljon myös kasvien puolustus- ja sopeutumismekanismeja ja tautiresistenssiä.

Lituruohon etuja ovat pieni koko, nopea elinkierto siemenestä siemeneen, suuri jälkeläisten määrä ja se, että siihen voidaan helposti aiheuttaa mutaatioita ja tutkia, mitä niistä seuraa.

— Se on kuin tutkisi auton toimintaa katkomalla vuorotellen eri sähköjohtoja ja katsomalla mitä tapahtuu. Johdon merkitys selviää, kun näkee, mikä ei toimi ilman sitä, selittää kasvibiologian professori Jaakko Kangasjärvi.

26 000 GEENIÄ

Lituruohoa tutkittiin jo ennen toista maailmansotaa. Sitä on kutsuttu kasvitutkimuksen banaanikärpäseksi. Vaikka lituruoholla on vain viisi pientä kromosomia, niissä on pääosin samat geenit kuin muillakin kasveilla. Se mikä pätee lituruohoon, pätee useimpiin muihinkin kasveihin. Geenien säätely puolestaan ratkaisee, tuleeko kasvista pikkuinen ruoho vai ylväs mänty.

Kun lituruohon genomi julkaistiin, monet tutkijat uskoivat, että sen kaikkien geenien merkitys ratkotaan kymmenessä vuodessa. Työ on osoittautunut oletettua vaativammaksi: tällä hetkellä alle puolet geenien toiminnasta tunnetaan. 

Lituruoholla on 26 000 geeniä, enemmän kuin ihmisellä. Kasvit tarvitsevat suuren geenivalikoiman, koska niiden on varauduttava kaikkeen. Ne eivät voi lentää tai kävellä pois, vaan niillä pitää olla ratkaisuja yllättäviinkin ympäristöolosuhteisiin ja niiden muutoksiin. 

— Kasvi ei voi tietää, millaiseen maahan sen siemen lankeaa tai millaisiksi olot sen kasvuaikana muuttuvat, Kangasjärvi sanoo.

LEIPÄÄ VAI OLUTTA

Kasvitutkija Michael Wrzaczekin ryhmää kiinnostaa, miten tietoja lituruohosta voidaan käyttää muiden kasvien jalostuksessa. Esimerkiksi ohralta vaaditaan eri ominaisuuksia riippuen siitä, aiotaanko sitä käyttää leivän vai oluen valmistukseen. Lituruohosta on apua, kun selvitetään, miten mikäkin ominaisuus muodostuu.

— On helpompi kysyä lituruoholta kuin ohralta. Kun meillä on pieni mallikasvi, voimme seurata prosessia tarkasti.

Wrzaczek näyttää, miten tutkijat ”esittävät kysymyksiä” lituruoholle. He tilaavat tai luovat siitä mutantteja, joilta puuttuu jokin tietty geeni. Puuttuva geeni korvataan vastaavalla geenillä, johon on lisätty hohtava, mikroskoopilla näkyviin saatava merkki. Tällöin voidaan selvittää, missä kasvisolun osassa kyseisen geenin koodaama proteiini esiintyy, mikä puolestaan auttaa geenin toiminnan selvittämisessä.

Lituruohon muunteleminen on helppoa. Riittää, että sen kukka dipataan liuokseen, jossa on haluttua DNA:ta ja erästä bakteeria, joka auttaa kuljettamaan DNA:n kasvin soluihin.

Kangasjärvi ja Wrzaczek tutkivat sitä, miten kasvit säätelevät geeniensä toimintaa ympäristönmuutoksissa. Keskeinen tutkimuskohde ovat reaktiiviset happilajit, joita kasvit tuottavat. Viime vuosina on selvinnyt, että ne ovat tärkeitä solujen viestinnälle.

— Vielä emme tiedä, miten kasvisolut tulkitsevat viestejä. Ovatko ne kuin kirjeitä vai jotain muuta, Wrzaczek havainnollistaa.

KUIVUUTTA VASTAAN

Ilmastonmuutos näivettää hyviä viljelyalueita sateen puutteen takia.

— On kehitettävä lajikkeita, jotka tuottavat enemmän satoa pienemmillä maa-alueilla vähemmällä vedellä ja ravinteilla, Wrzaczek sanoo.

Viljelykasvien jalostaminen vaatii tasapainottelua. Hyvä puolustuskyky tauteja vastaan vie kasvin energiaa ja pienentää satoa. 

Lituruoho on kehitystyössä mukana monella tapaa. Siitä saatua tietoa hyödynnetään paljon perinteisessä risteytysjalostuksessa. Kun tiedetään, mikä geeni vaikuttaa mihinkin, voidaan vahvistaa haluttuja ominaisuuksia. Lituruoholla on esimerkiksi selvitetty, mitkä geenit vaikuttavat kasvin sopeutumiseen kuivuuteen.

— Kasvit käynnistävät koneiston aistiessaan kuivuutta. Kun tämä prosessi tunnetaan, sitä voidaan voimistaa, Kangasjärvi kuvailee.

Toinen tapa on muokata jalostettavan kasvin omia geenejä lituruohosta saatujen tietojen pohjalta. Yhdysvalloissa on kehitetty geenimuunneltu maissi, joka pärjää tavallista kuivemmissa olosuhteissa. 

Kolmas tapa on siirtää kasviin jonkin muun kasvin geeniä. Brasiliassa viljellään eukalyptuksia, joissa lituruohon geeni saa kasvin soluseinät kasvamaan nopeammin ja tavallista paksummiksi. Näin puu kasvaa tavallista lyhemmässä ajassa ja tuotantoon kuluu vähemmän maa-alaa.

VAROVAINEN EU

Euroopan unioni päätti 1990-luvun lopulla, että uusia siirtogeenisiä lajeja ja lajikkeita ei saa viljellä eikä tuoda unionin alueelle. Vain ennen kieltoa hyväksytyt sallitaan.

Jaakko Kangasjärven mukaan kasvitieteilijöiden keskuudessa vallitsee vahva yksimielisyys siitä, että menetelmään perustuvalle kiellolle ei ole tieteellisiä perusteita.

— Pitäisi valvoa sitä, mitä tehdään, eikä sitä, millä tavalla tehdään.

Aiemmin Euroopassa oltiin etujoukoissa siirtogeenisten kasvien tutkimuksessa ja sovelluksissa. Kun uusi lainsäädäntö tuli voimaan, paljon osaamista muutti Amerikkaan. Ei kuitenkaan kaikki — Kangasjärvi itse on alallaan siteeratuimpien tutkijoiden joukossa.

EU:n kieltoa on perusteltu varovaisuusperiaatteella. Epäilyjä on esitetty kuluttajaturvallisuuden ja ympäröivän luonnon perusteella. 

— Euroopan ulkopuolella geenimuunneltuja viljelykasveja on käytetty jo pitkään ilman ongelmia, Kangasjärvi toteaa.

RISTEYTYKSEN PULMAT

Kasvigeenien parissa askartelevan tutkijan silmin geenimuunnellut kasvit eivät poikkea mitenkään luonnossa koko ajan syntyvistä mutaatioista. Ne eivät myöskään leviä ympäristöönsä enempää kuin perinteisesti jalostetut lajit.

Risteytysjalostuskaan ei ole täysin riskitöntä. Viljelykasvit on jalostettu luonnonkasveista satojen vuosien aikana, ja jalostuksessa on hävinnyt hyödyllisiä ominaisuuksia. 

Kadonneita ominaisuuksia voidaan palauttaa geenipankeista, mutta jos se tehdään risteyttämällä, mukana saattaa tulla myös ei-toivottuja ominaisuuksia. Yhdysvalloissa risteyttämisestä saatiin taannoin katkeria kokemuksia, kun uuden perunalajikkeen mukulat osoittautuivatkin myrkyllisiksi.

— Geenimuuntelun etu on se, että uuteen lajikkeeseen voidaan tuoda haluttu ominaisuus ilman haitallisia kylkiäisiä, Jaakko Kangasjärvi arvioi.

Kylmänkestävyyteen vaikuttavia geenejä ei vielä ole onnistuttu paikantamaan, joten siinä asiassa geenimuuntelu ei ole ratkaisu. Sen sijaan perunarutolle vastuskykyinen perunalajike on pystytty kehittämään lituruohosta löydetyn geenin avulla. 

RUOHOA KOIVUSSA

Helsingin yliopistossa lituruohotutkimusta on tehty paljon puiden kanssa. Kangasjärven tutkimusryhmä on siirtänyt koivuun lituruohon geenin, joka toimi siinä ongelmitta. 

Suomen koivikoihin ei kuitenkaan ole tulossa lituruoholla vahvistettuja puita EU-kiellon vuoksi. Silti lituruohon avulla saatu tieto voi auttaa metsänkasvattajaa. Puita käytetään erilaisiin tarkoituksiin, ja sahatavaralta vaaditaan eri ominaisuuksia kuin sellulta. 

Lituruohotutkijoita yhdistää kiinnostus arjen ongelmiin. Kesäkuussa 2018 Suomessa järjestetään ensi kertaa kansainvälinen lituruohokonferenssi, jonne odotetaan yli tuhatta tutkijaa eri puolilta maailmaa. Useat heistä tekevät perustutkimuksen lisäksi sovelluksia tai yhteistyötä soveltajien kanssa.

Konferenssi pidetään Turussa, ja järjestelytoimikunnan puheenjohtajana toimii Michael Wrzaczek. Parhaat oivallukset kumpuavat usein puhtaasta tieteellisestä uteliaisuudesta.

— Haluamme olla hyödyksi, mutta kukaan ei vielä tiedä, mistä on hyötyä huomenna, Wrzaczek muistuttaa.

Artikkeli on julkaistu Yliopisto-lehden numerossa Y/06/17.

Kasvibiologian professori Jaakko Kangasjärvi: Julkaisut, projektit, aktiviteetit.
Tutkija Michael Wrzaczek: Julkaisut, projektit, aktiviteetit. Tutkimusryhmän verkkosivu. Twitter: @gwion_1976

Yliopisto-lehti on kaikille tarkoitettu, monipuolinen tiedelehti Helsingin yliopistosta.
Tilaa ja rakastu tieteeseen.