Villiperunan stressigeeni perunan kylmänkestävyys- ja varastointiominaisuuksien muokkaajana
Avainsanat:
glutathioni S-transferaasi, kylmänkestävyys, varastointiAbstrakti
Peruna (Solanum tuberosum L.) on tunnetusti herkkä abioottisille stresseille kuten alhaiselle lämpötilalle.
Sillä ei ole myöskään perinnöllistä kykyä kylmäkaraistua eli lisätä kylmänkestävyyttään altistuessaan
alhaisille ei-jäädyttäville lämpötiloille. Perunan yhteyttämiskoneisto kärsii kylmävioituksista jo muutamassa
pakkasasteessa. Myös perunan mukuloissa vanhenemisreaktiot sekä ei-toivottu tärkkelyksen hajoaminen
nopeutuvat niiden altistuttua alhaisille lämpötiloille.
Tässä tutkimuksessa selvitettiin mahdollisuuksia parantaa perunan kylmänkestävyyttä ylituottamalla
viljeltävässä perunassa kylmäkestävältä villiperunalta (S. commersonii Dun.) peräisin olevaa kylmäohjailtua
stressigeeniä, glutationi S-transferaasia (GST; ScGstF1). Glutationi S-transferaasit ovat entsyymejä, jotka
poistavat kasvisoluista haitallisia molekyylejä ja jotka voivat siten lieventää erilaisten stressien seurauksena
syntynyttä aineenvaihdunnan epätasapainoa ja nopeuttaa stressistä palautumista. Siirtogeenin vaikutusta
perunan kylmänkestävyyteen tutkittiin vertailemalla transformaatiokontrollin, viiden siirtogeeniä
ylituottavan sense-linjan (S) ja kahden siirtogeeniä alituottavan antisense-linjan (AS) fotosynteesin
kylmänkestävyyttä sekä siirtogeenin ilmenemisen vaikutusta siemenperunan elinvoimaan ja sadon määrään.
Fotosynteesin kylmänkestävyyttä ja palautumista stressistä tutkittiin mittaamalla klorofyllifluoresenssin
alenemista (FvFm aleneminen, %), klorofyllin hajoamista (klorofyllin määrää, ug/cm3) sekä solukalvojen
hapettumistuotteiden, malondialdehydin määrää (MDA, nmol/g). Siemenperunan elinvoimaa arvioitiin
laskemalla siirtogeenisten siemenperunoiden itujen ja muodostuneen kasvuston varsien lukumäärä sekä
mittaamalla sadon määrää.
Siirtogeeniä ylituottavissa kasveissa (S) GST-entsyymin aktiivisuus oli kohonnut verrattuna kontrolli- tai
siirtogeeniä alituottaviin kasveihin. Stressigeeniä ylituottavissa kasveissa (S) klorofyllin määrä pysyi
kontrollikasveja korkeampana stressin aikana ja sen jälkeen. Näissä kasveissa solukalvojen hajoaminen
kylmästressin aikana oli myös vähäisempää mikä näkyi alhaisempana solukalvojen hajoamistuotteiden
kertymisenä. Merkittäviä muutoksia fotosynteesin alenemisessa ei sen sijaan vielä havaittu lyhyen
stressikäsittelyn aikana. Siirtogeenin ilmeneminen vaikutti myös perunan mukulan ominaisuuksiin. Etenkin
verrattaessa siirtogeenisiä perunoita, joissa oli joko yli- tai alituotettu glutationi S-transferaasia (S, AS), eroja
havaittiin siemenperunasta muodostuneiden itujen ja versojen määrässä sekä lopullisessa perunasadossa.
Siirtogeeniä ylituottavissa kasveissa (S) itujen ja versojen lukumäärä oli alhaisempi ja korjatun sadon määrä
yksittäisissä tutkituissa linjoissa kontrollikasveja korkeampi. Itujen ja versojen vähäisempi määrä voidaan
tulkita siirtogeeniä ylituottavien (S) mukuloiden säilymisenä nuorempana varastoinnin aikana. Tulokset sekä
perunakasvuston kylmänkestävyydestä että siemenperunan elinvoiman säilyvyydestä varastoinnin aikana
viittaavat siihen, että stressigeeni ylituotto vaikuttaa positiivisesti näihin ominaisuuksiin. Yksittäisen
stressigeenin ylituoton vaikutus on pieni lyhyen stressin, kuten tässä tutkimuksessa kasvuston
kylmäaltistuksen yhteydessä, mutta vaikutuksen merkitys lisääntyy stressijakson pidentyessä. Tämä
havaittiin tutkittaessa siirtogeenin vaikutusta pitkän, alhaisessa lämpötilassa tapahtuvan varastoinnin jälkeen.
Sekä kylmästressi että varastointi alhaisessa lämpötilassa kuluttavat kasvin puolustuskapasiteettia. Kun
puolustuskapasiteetti ylittyy ja haitallisia molekyylejä kertyy kasvisoluun, seuraa vaurioita, jotka voidaan
havaita esimerkiksi klorofyllin hajoamisena lehdissä tai nopeutuneena mukuloiden vanhenemisena
varastossa. Tulokset viittaavat siihen, että puolustuskapasiteetin parantaminen GST entsyymin aktiivisuutta
lisäämällä voi olla hyödyllistä perunalle etenkin stressin pitkittyessä.
