Molekulaarisen kasvibiologian tutkimus

Tutkimus biokemian laitoksen molekulaarisen kasvibiologian yksikössä keskittyy selvittämään fotosynteesiin liittyvien rakenteiden, toiminnan ja säätelyn välisiä vuorovaikutuksia kasveissa, levissä ja syanobakteereissa.

Tutkimme solujen rakenteita ja energiansiirtoreittejä ymmärtääksemme molekyylitasolla fotosynteettisten organismien aineenvaihduntaa, viestinvälitystä, kehitystä ja puolustusreaktioita ympäristön muuttuvissa olosuhteissa. Sovelluksiin tähtäävä fotosynteesitutkimus liittyy organismien muokkaukseen ja uusien bioteknologisten tuottosysteemien kehittämiseen, sekä jäteveden käsittelyyn.

Tutkimuksen painopistealueet

Fotosynteesin säätely

Fotosynteesin säätely kohdistuu moniin eri prosesseihin, kuten fotosyteesikoneiston viritysenergian jakautumiseen, elektronien ja protonien siirtoreaktioihin, geenien ilmenemiseen, proteiinien kertymiseen ja entsyymien aktiivisuuteen. Tutkimus pyrkii selvittämään (i) miten fotosynteesikoneisto sopeutuu muuttuviin ympäristöolosuhteisiin (esim. muutokset valon määrässä, laadussa ja rytmissä, tai lämpötilassa) ja (ii) minkälaisia säätelytekijöitä eri eliöistä löytyy ja miten ne toimivat.  Pyrimme myös ymmärtämään miten eri säätelymekanismien välinen yhteistyö toimii sekä miten fotosynteesikoneisto on vuorovaikutuksessa muun aineenvaihdunnan kanssa.

Signalointi, kehitys ja stressivasteet

Tutkimuksemme selvittää miten valo säätelee fotosynteettisten eliöiden stressireaktioita ja niihin liittyvää soluviestintää. Fotosynteettisille eliöille, kuten syanobakteereille, leville ja kasveille on evoluution kuluessa kehittynyt hienostuneita molekyylitason mekanismeja, joiden avulla ne voivat aistia ympäristötekijöissä tapahtuvia muutoksia ja sopeuttaa elintoimintojaan vallitsevien olosuhteiden mukaisesti. Erityisenä tavoitteenamme on selvittää miten kasvien fotosynteettiset koneistot aistivat ympäristön olosuhteissa tapahtuvia muutoksia ja lähettävät signaaleja, joiden aikaansaamien geenitoiminnan muutosten perusteella kasvit sopeuttavat kasvuaan muuttuneessa elinympäristössä. Tätä uutta tutkimustietoa voidaan hyödyntää suunniteltaessa jalostusohjelmia, jota tähtäävät viljelykasvien stressinsietokyvyn ja siten tuotantokapasiteetin parantamiseen.

Soveltava fotosynteesitutkimus

Tutkimus pyrkii kehittämään uusia bioteknologian sovelluksia, joissa auringon valoa ja ilman hiilidioksidia hyödyntäviä fotosynteettisiä mikro-organismeja (syanobakteerit ja levät) käytetään erilaisten kemikaalien tuottamiseen ja jätevesien puhdistamiseen. Tutkimus on kiinteästi kytköksissä molekyylitason perustutkimukseen, ja perustuu fotosynteesikoneiston ja biosynteesireittien uudelleenohjelmointiin ja optimointiin. Keskeisenä tavoitteena on parantaa systeemien tuottotehokkuutta, siten että mahdollisimman suuri osa auringon energian avulla sidotusta hiilidioksidista saataisiin ohjattua haluttuihin kohdekemikaaleihin. Synteettisen biologian menetelmien kehittäminen mahdollistaa solujen aineenvaihdunnan joustavamman muokkaamisen ja uusien biosynteesiteiden rakentamisen esimerkiksi biopolttoaineiden tai teollisuuskemikaalien tuottamiseksi.

Tutkimusryhmät

Asetylaatio ja FNR-proteiinit fotosynteesin säätelijöinä

Fotosynteesin avulla auringon valoenergia sidotaan kemialliseen muotoon. Pyrimme selvittämään miten fotosynteesireaktioita säädellään ja miten sidottu energia jaetaan eteenpäin solun elintoimintoihin. Olemme erityisen kiinnostuneita FNR-proteiinien eri muotojen toiminnasta solussa ja haluamme myös selvittää asetylaation merkitystä fotosynteesireaktioden säätelijänä. Lue lisää englanniksi

Yhteystiedot: Apulaisprofessori Paula Mulo

Fotosynteettiset Mikrobit

Syanobakteerit ja levät ovat fotosynteesitutkimuksessa käytettyjä malliorganismeja, mutta tarjoavat myös mahdollisuuksia uusien bioteknologian sovellusten kehityksessä, sekä raaka-aineina biojalostukseen. Tutkimus pyrkii selvittämään mekanismeja, jotka vaikuttavat fotosynteettisen elektroninsiirtoketjun energiatasapainon säätelyyn ja näin solun kokonaistuottotehokkuuteen. Keskeisenä tutkimuskohteena ovat pohjoismaiset mikrolevät ja niiden mahdollisuudet bioteknologisissa tuottosysteemeissä ja jäteveden puhdistuksessa, sekä solujen immobilisaatiotekniikat, joilla tuottotehokkuutta pyritään parantamaan. Lue lisää englanniksi

Yhteystiedot: Apulaisprofessori Yagut Allahverdiyeva-Rinne

Kantasienten suvullisen lisääntymisen viestintäreitit

Useiden kantasienten (käävät, helttasienet ja tatit) genomin rakenne tunnetaan. Genomianalyysit ovat osoittaneet, että suvullista lisääntymistä säätelevät matA- lokuksen transkriptiotekijöitä  ja matB-lokuksen feromoneja ja reseptoria koodaavat geenit. Feromonin liittyminen yhteensopivan sienikannan reseptoriin aktivoi tumien vaihdon sienikantojen välillä. MatA-lokuksen geenit puolestaan säätelevät proteiineja joiden vaikutuksesta tumat, joissa on erilaiset A ja B geenit pariutuvat. Kantasienten rihmastojen yhtymisessä sekä sitä seuraavassa pitkässä kaksitumaisessa rihmaston kasvuvaiheessa tukirangan proteiineilla on keskeinen tehtävä. Lue lisää englanniksi

Yhteystiedot: Prof. emerita Marjatta Raudaskoski

Kasvibiofysiikkaprojekti

Päätutkimuskohteemme on fotosynteesi, ja ryhmämme on erityisesti tutkinut fotoinhibitiota eli kirkkaan valon haitallista vaikutusta fotosynteesiin. Olemme keskittyneet happea tuottavan fotosysteemi II:n tutkimukseen ja kehittäneet klorofylli a:n fluoresenssiin ja termoluminesenssiin perustuvia tutkimusmenetelmiä. Viime aikoina olemme tutkineet erityisesti plastokinoni-nimisen elektroninsiirtäjän toimintaa. Teemme myös soveltavaa tutkimusta peltokasvien täsmäviljelystä ja levien hyötykäytöstä. Lue lisää englanniksi

Yhteystiedot: Dos. Esa Tyystjärvi

Kasvien valosopeutuminen ja taudinkestävyys

Tutkimuksemme selvittää miten valo säätelee kasvien stressireaktioita ja niihin kytkeytyviä aineenvaihdunnan muutoksia. Tutkimuksesta saatu tieto edistää vihannesten ja yrttien kasvatusta kaupunkikodeissa sekä laajentaa terveyttämme edistävien luonnonyhdisteiden tuntemusta. Lue lisää englanniksi

Yhteystiedot: Dos. Saijaliisa Kangasjärvi

Kasvi-sieni-vuorovaikutussuhteet

Kehitämme ja käytämme uusia molekyylibiologisia detektio- ja kvantifiointimenetelmiä eri sienilajeille, esimerkiksi Fusarium- ja Aspergillus-lajeille sekä sienilajeille, joita käytetään biologisessa torjunnassa. Tuloksia käytetään myös taksonomisissa ja fylogeneettisissä tutkimuksissa sekä tutkittaessa  miten kasveissa löydettyjen mykotoksiinien määrät korrreloivat eri kasvipatogeenien määrien kanssa. Lue lisää englanniksi

Yhteystiedot: Dos. Tapani Yli-Mattila

Osmoottiseen rasitukseen liittyvä signaalinvälitys kasveissa

Kuivuus, matala lämpötila ja maaperän suolaisuus ovat kaikki osmoottista epävakautta aiheuttavia vakavia ympäristörasitteita jotka rajoittavat sadon tuottoa tällä vuosisadalla. Kasveilla on sisäisiä molekulaarisia mekanismeja joiden avulla ne vastaavat sopivalla tavalla osmoottiseen rasitukseen, ja jotka muuttuvat riippuen esimerkiksi kasvin energiatilasta ja kehitysvaiheesta. Tässä projektissa keskityimme entsyymeihin, jotka ovat tärkeitä osmoottisen rasituksen signaalinvälityksessä. Lue lisää englanniksi

Yhteystiedot: Dos. Hiroaki Fujii

Redoksverkostot kasvien viherhiukkasten toiminnan säätelijänä

Kasvien viherhiukkaset ovat luonnonvaraisia bioreaktoreita, jotka valoenergian turvin valmistavat hiilidioksidista ja vedestä sokereita ja muita kasveille elintärkeitä biomolekyylejä. Tutkimuksessa selvitetään viherhiukkasten fotosynteesiä sääteleviä yhdisteitä, jotka avustavat kasvia sopeutumaan kasvuympäristön jatkuvasti vaihteleviin olosuhteisiin, esim. valon määrässä tapahtuviin muutoksiin. Lue lisää englanniksi

Yhteystiedot: Prof. Eevi Rintamäki

Syanobakteerien RNA-polymeraasi

Transkriptiossa RNA-polymeraasin on tuotettava RNA-kopio DNA:sta oikeaan aikaan, alkaen ja lopettaen transkription oikeasta paikasta. Tutkimuksemme tarkoituksena on selvittää miten rakenteellisesti ainutlaatuinen syanobakteerien RNA-polymeraasi toimii, miten sen toiminta on säädelty ja pystyykö RNA-polymeraasia muokkaamalla tuottamaan entistä paremmin toimivia syanotehtaita. Lue lisää englanniksi

Yhteystiedot: Dos. Taina Tyystjärvi

Syanobakteerien Synteettinen Biologia

Pyrimme kehittämään uusia ympäristöystävällisiä bioteknologian sovelluksia, jotka pohjautuvat fotosynteettisten syanobakteereiden kykyyn rakentaa erilaisia hiilipohjaisia yhdisteitä suoraan ilman hiilidioksidista – käyttäen energiana auringon valoa. Tutkimus painottuu erilaisten synteettisen biologian menetelmien kehittämiseen ja soveltamiseen, joiden avulla syanobakteerisolujen aineenvaihduntaa voidaan muokata biopolttoaineiden, teollisuuskemikaalien ja biohajoavien muovien tuottoa varten. Lue lisää englanniksi

Yhteystiedot: Apulaisprofessori Pauli Kallio I Prof. Eva-Mari Aro

Tutkimuksen huippuyksiköt

Primaarituottajien molekyylibiologian huippuyksikkö

Suomen Akatemian rahoittamassa Primaarituottajien molekyylibiologian huippuyksikössä (2014-2019) yhdistyy kasvibiologian tutkimusalojen osaaminen tavoitteena selvittää miten reaktiotiet alkaen auringon valoenergian sitomisesta organismien sisäiseen viestintään ja eliön kasvuun. Yksikköä johtaa molekulaarisen kasvibiologian professori Eva-Mari Aro. Turun yliopiston tutkijoiden lisäksi huippuyksikössä on mukana tutkijoita Helsingin yliopistosta.

Virallinen sivu: www.primaryproducers.org

NCoE NordAqua

NordForskin rahoittama huippuyksikkö Nordic Centre of Excellence "Towards Versatility of Aquatic Production Platforms: Unlocking the Value of Nordic Bioresources" (NordAqua)  (2017-2022) keskittyy veteen liittyvään biotalouteen. Huippuyksikössä kiinnitetään erityistä huomiota mikro- ja makrolevien hyödyntämiseen tavoitteena lisätä erityisesti leviin liittyviä sovelluksia. Yksikössä on mukana tutkijoita kymmenestä pohjoismaisesta yliopistosta ja tutkimuslaitoksesta sekä useita yhteistyötahoja teollisuudesta ja yhteiskunnasta.

Virallinen sivu: http://nordaqua.fi

Uusimmat julkaisut

Arabidopsis RCD1 coordinates chloroplast and mitochondrial functions through interaction with ANAC transcription factors (2019)

eLife
Alexey Shapiguzov, Julia P Vainonen, Kerri Hunter, Helena Tossavainen, Arjun Tiwari, Sari Järvi, Maarit Hellman, Fayezeh Aarabi, Saleh Alseekh, Brecht Wybouw, Katrien Van Der Kelen, Lauri Nikkanen, Julia Krasensky-Wrzaczek, Nina Sipari, Markku Keinänen, Esa Tyystjärvi, Eevi Rintamäki, Bert De Rybel, Jarkko Salojärvi, Frank Van Breusegem, Alisdair R Fernie, Mikael Brosché, Perttu Permi, Eva-Mari Aro, Michael Wrzaczek, Jaakko Kangasjärvi
(A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä)