Målet med doktorgradsarbeidet (PhD) til Martin Paliocha har vært å øke forståelsen av hvordan grasartene har tilpasset seg klima i områder med utprega årstider.
Gras dekker mye av arealet som vi omgir oss med daglig, ja hvor vi enn snur oss så er det gras. Men hvorfor vokser det så mye av dèt her? Grasfamilien (Poaceae) er ei evolusjonær suksesshistorie uten like og særlig godt tilpassa de miljømessige utfordringene på høye breddegrader.
Doktorgraden har tittelen «Evolusjon av blomstringstilpassingar i tempererte gras» og ble forsvart på Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU) den 29. september 2023.
Det er tøft å være plante i såkalte tempererte områder der vinteren er lang og vekstsesongen kort. For maksimal utnyttelse av det korte tidsrommet planter kan vokse og formere seg i er det spesielt én ting som er viktig: å være tidlig ute. Som de fleste vet er været, spesielt tidlig om våren, ikke alltid helt til å stole på. Presis, men samtidig fleksibel timing av blomstring er derfor vesentlig for at planter skal kunne unngå ugunstige forhold tidlig i vekstsesongen, men samtidig tidsnok til å rekke å fullføre livssyklusen i løpet av den korte sommeren før temperaturene begynner å synke igjen. Forskninga til Martin viser at gras er spesielt gode til å gjøre nettopp dette.
Grasblomstring er en totrinnsrakett
Utslagsgivende for grasveksters evolusjonære suksess i tempererte økosystem er deres evne til å samordne vekst og formering med varig, årstidsbundne variasjoner i temperatur og daglengde. Mange tempererte planter samkjører blomstring og frøutvikling gjennom en totrinnsprosess til den gunstigste delen av den korte vekstsesongen. Først igangsettes blomsterdanning gjennom langvarig kuldepåvirkning, en prosess kalt vernalisering. I tillegg vil økende daglengde fremme tidlig blomstring og frøproduksjon på et klimatisk gunstig del av vekstsesongen. Denne styres av et sammenvevd genetisk nettverk som knytter sammen evne til å sanse kulde, daglengde og tid.
En kompleks symfoni av gener og miljø
Tidtaking skjer ved at blomstringsgener skrus av og på i en gitt sekvens i løpet av døgnet slik at deres aktivitet følger forutsigbare rytmer. Sammentreff av denne døgnvariasjonen i genuttrykk med miljøsignal som fremmer blomstring gir planten klarsignal for produksjon av skudd og blomster.
Arbeidet til Martin fokuserte på hvilke typer biologiske rytmer som ligger til grunn for tidtaking. En stor del av prosjektet var å utvikle en metode basert på funksjonell dataanalyse for å nøste opp i det intrikate genetiske nettverket påvirket av daglengde. Målet var å identifisere de nøkkelgenene, eller «lysbryterne», som gjør gressene spesielt dyktige til å blomstre når det er mest hensiktsmessig.
Biologiske nisjer
Sjølv om mye av landarealet på høye breddegrader domineres av gras er det bare noen få underfamilier i grasfamilien som har spredt seg til tempererte områder. Denne biologiske skjevfordelinga gjør grasfamilien til et godt system for å gjøre sammenlignende analyse av fysiologiske og fenologiske trekk som fremmer spredning i tempererte habitater. Arbeidet som er lagt fram i denne avhandlinga identifiserte og karakteriserte molekylære mekanismer som fastsetter reglene for årstidsbunden blomstring, noe som er drivkraften for en av de mest suksessrike adaptive radiasjonene blant blomsterplanter.
Resultatene peker mot at en del av det genetiske grunnlaget for tilpassing til lang fotoperiode, utviklet seg tidlig i Pooideae-underfamilien og at vernaliseringsrespons har oppstått flere ganger i ulike underfamilier av gras gjennom en parallell evolusjonær prosess.
Likevel ble det vist at mange av de undersøkte genetiske prosessene hadde gjennomgått omfattende linjespesifikk evolusjon og at små endringer i hvordan gener reguleres av ytre påvirkninger er tilstrekkelige til å fremme overgang mellom ulike habitat.
Martin Paliocha (31)har bachelor og siden master i biologi ved fakultet for biovitenskap (BIOVIT), NMBU, som også har finansiert doktorgraden. Hovedveileder har vært professor Siri Fjellheim (NMBU) med professor Torgeir R. Hvidsten (NMBU), professor Jill Preston (University of Vermont), dr. Marian Schubert (NMBU) og førsteamanuensis Kathrine Frey Frøslie (NMBU) som medveiledere.