Genteknik åt skogen

I november ska Ove Nilsson ta emot årets Marcus Wallenbergpris ur kungens hand. Priset består av en stor ära och 2 miljoner kronor. Redan i februari beslutade Marcus Wallenberg-stiftelsen att ge priset till Ove Nilsson, professor i skoglig genetik och växtfysiologi vid Umeå Plant Science Center (UPSC). Han belönas för sin ”banbrytande upptäckt av mekanismerna för träds blomning och hur detta kan utnyttjas i förädlingssyfte”. Ett pris för skogsforskning, alltså.

Men det har kommit smolk i glädjebägaren. Utöver den officiella prismotiveringen nämner stiftelsen även att Ove Nilsson och hans medarbetare har identifierat ett signalämne (florigen) i växten backtrav, växtforskarnas motsvarighet till labbråttan. Ämnet bildas i bladen och färdas sedan till skottspetsarna som en signal om att det är dags att bilda blommor. Upptäckten fanns med på listan över årets tio viktigaste genombrott som tidskriften Science sammanställde år 2005. Tyvärr har forskarnas slutsatser om blomning hos backtrav visat sig vara grundlösa. I våras blev de tvungna att dra tillbaka sin rapport om upptäckten.

– Det var förstås oerhört tråkigt, säger Ove Nilsson.

Han ser bedrövad ut när ämnet kommer på tal. Det var meningen att vi skulle tala om bioteknikens roll i framtidens skogsbruk. Reportaget var planerat sedan länge. Och så händer detta.

Två externa utredare har granskat fallet. De kom fram till att en kinesisk gästforskare har manipulerat data för att få önskade resultat. Mer om det senare.

Ove Nilsson understryker att bakslaget inte drabbar institutets grundläggande forskning om hur träd fungerar. I fjol visade hans forskargrupp att genen för signalämnet florigen hos asp kan få aspar att blomma redan efter en månad. Den upptäckten står sig och kan bli viktig för skogsbrukets utveckling.

Aspar blommar bakom kodlås

Träd hör till de senast blommande växterna på jorden. Flertalet trädarter på våra breddgrader väntar mellan tio och tjugo år innan de för första gången slår ut i blom. En trädförädlare kan alltså få nöja sig med att följa ett korsningsförsök i två eller tre generationer innan det är dags att gå i pension.

På jordbrukssidan går det fortare. Man behöver bara se en bifftomat för att inse kraften i traditionell förädling. Eller en majskolv – en bjässe jämfört med det späda axet på dess vilda släkting teosint. Sådana förvandlingar har fått stor draghjälp av det faktum att flertalet jordbruksgrödor blommar inom högst ett år.

Drömmen för Ove Nilsson och andra biotekniskt inriktade trädforskare är att få fram träd som förökar sig lika snabbt. Sådana träd skulle kunna förädlas på vanligt sätt under flera generationer. Även om träden inte blir fullvuxna går det att utvärdera resultaten med gentester och andra metoder. Därefter skulle det vara möjligt att korsa ut genen för tidig blomning så att den försvinner från de frön och plantor som till slut hamnar i skogen.

I väntan på att den drömmen blir praktisk verklighet pågår en lång rad andra försök att utnyttja nya kunskaper om trädens biologi till att forma deras egenskaper.

Gentekniskt skräddarsydda träd spirar inom fältförsök på många håll i världen. Men den största delen av forskningen pågår än så länge i laboratorier och slutna växthus. I Umeå blommar genförändrade aspar i ett laboratorium bakom luftsluss och kodlås.

Annat är det med jordbrukets växter. I fjol växte genförändrade grödor på en sammanlagd yta mer än dubbelt så stor som Sverige, enligt organisationen ISAAA som stöder användningen av bioteknik inom jordbruket. Över 80 procent av all areal för både soja och bomull i USA ger numera genförändrade skördar.

Träd fick gen från flundra

På jordbrukssidan har genmodifierade organismer (GMO) lett till intensiv debatt. Vid flera tillfällen har även träd satt känslorna i svall. Forskare i Umeå fick känna av motståndet när de stoppade in en gen från en ishavsflundra i aspar för att göra dem köldtåliga. Asparna spirade på en försöksodling i Sävar utanför Umeå i början av 1990-talet. Samtliga frös ihjäl. Det misslyckade experimentet ledde till tidningsrubriker om ”ekologisk roulett”, men ingen värdefull kunskap.

Några år senare fällde aktivister i Storbritannien försöksodlade träd som blivit genförändrade för att tillverka mindre lignin, en blandning av kletiga ämnen som binder samman cellullosafibrer i trä. Pappersmassaindustrin använder enorma mängder kemikalier och energi för att koka bort lignin från pappersmassan. Tanken var att träd som innehåller mindre lignin från början skulle göra processen billigare och mer miljövänlig.

Ett mer nyanserat motstånd mot genteknik i skogen ingår i en standard för miljöanpassat skogsbruk framtagen av organisationen Forest Stewardship Council (FSC). Nästan hälften av Sveriges produktiva skogsmark är certifierad enligt standarden, som inte tillåter några genförändrade träd. Organisationen motiverar beslutet med att det än så länge finns för lite kunskap om teknikens för- och nackdelar.

I sina bakgrundstexter medger FSC att gentekniken kan ha många fördelar. Genförändrade träd som står emot skadeinsekter, virus eller herbicider kan göra det möjligt för skogsbrukare att minska besprutningen, eller gå över till mindre farliga kemikalier. Ändrade egenskaper i ligninet kan ge miljövänligare tillverkning av papper. Träd som tål torka eller hög salthalt kan slå rot där få andra växter klarar sig, och skydda utsatta jordar från erosion. Och träd som växer snabbare kan ge ett extra tillskott av både bioenergi och virke som ersätter andra material utan att öka utsläppen av växthusgaser.

Om gentekniken kan göra skogsbruket effektivare finns det också stora vinster att hämta. Skogs- och skogsindustriprodukter står för ungefär 12 procent av Sveriges totala export.

Träd är anpassade för vildmarken

I den andra vågskålen ligger farhågor för att genförändrade träd ska rubba samspelet mellan olika arter i miljön.

Majs, soja, bomull och andra jordbruksväxter var redan rejält modifierade med traditionella metoder när molekylärbiologerna gav sig i kast med dem. Därför har de små chanser att klara konkurrensen utanför sina ombonade åkrar, även om de i vissa fall kan korsa sig med vilda släktingar.

Skogens träd, däremot, är i stort sett opåverkade av förädling. De är fortfarande anpassade för ett liv i vildmarken. Det betyder att ett träd med smärre förändringar i sin arvsmassa har goda utsikter att klara sig i en vanlig skog. Där är det tänkbart att de sprider sig på bekostnad av andra arter. Samma sak gäller för övrigt träd importerade från andra världsdelar. Sådan import har pågått i decennier.

Ove Nilsson håller med om att det kan finnas risker med att genförändra träd så att de blir motståndskraftiga mot insekter eller annat som hämmar vanliga träd.

– Men de allra flesta förändringar vi gör på träd kommer att leda till att de blir sämre på att klara sig i konkurrensen, säger han.

Med hjälp av genteknik är det dessutom möjligt att förhindra träd från att blomma, vilket är en klar nackdel i konkurrensen med andra träd. Tekniken går ut på att föra in gener som antingen dödar celler som ska bilda blommar, eller som slår till bromsen i det biologiska maskineri som styr blomningen.

Ove Nilsson har länge varit intresserad av blomningens biologi. I mitten av 90-talet var han med om att föra in en gen från backtrav i aspar så att de började blomma under det första året. Men i stället för vanliga asphängen bildade plantorna enskilda blommor i bladvecken. Det gick inte att befrukta blommorna, och hela växten var störd. Extragenen, kallad LFY, rubbade trädets grundläggande biologi. I stället arbetade Ove Nilsson vidare med den så kallade FT-genen.

Redan i början av 1900-talet insåg forskarna att längden på dagar och nätter styr blomningen hos många växter. För sjuttio år sedan visade den ryske växtfysiologen Mikhail Chailakhyan att bladen bildar ett ämne som vandrar till skottspetserna när det är dags att blomma. Han kallade det okända ämnet florigen.

Molekyl startar blomning

År 2005 upptäckte tyska och japanska forskare att FT-genen ger upphov till ett protein som påverkar skottspetsarna så att de bildar blomknoppar i växten backtrav. Men själva genen är aktiv i bladen. Det måste alltså gå en signal från blad till skottspetsar. Det troligaste var att signalen – det mystiska florigenet – bestod av antingen RNA, det vill säga en arbetskopia av genen som styr cellernas tillverkning av proteinet, eller av det färdiga proteinet.

På hösten år 2005 rapporterade Ove Nilsson och hans medarbetare att florigen helt eller delvis består av RNA. Det skulle senare visa sig vara ett misstag.

Huvudförfattare till rapporten var den kinesiske gästforskaren Tao Huang som lämnade Umeå för ett år sedan. Hans efterträdare blev misstänksam när hon gick igenom Tao Huangs rådata. Vissa mätpunkter var rödmarkerade och uteslutna ur den statistiska behandlingen – utan tydliga skäl. Ove Nilsson och hans medarbetare gjorde om beräkningarna, och skickade en lång rad frågor till Tao Huang via e-post. Svaren bekräftade att något var på tok. I februari 2007 begärde Ove Nilsson att Sveriges lantbruksuniversitet skulle be externa experter om hjälp att reda ut saken.

– Data har blivit manipulerade i flera steg, säger Lars Rask, vd i Stiftelsen för strategisk forskning.

Tillsammans med Christer Larsson, professor i biokemi i Lund, har han gått igenom korrespondensen mellan Ove Nilsson och Tao Huang. De har också intervjuat de svenska forskarna som arbetat med experimenten som artikeln om florigen bygger på.

Utredarna slår fast att Tao Huang har valt bort vissa mätpunkter och överdrivit betydelsen av andra. Allt för att få ett önskat resultat. I ett e-brev till Forskning & Framsteg skriver Tao Huang att åtminstone en av de andra medförfattarna var införstådd med hur han valt bort mätpunkter. Det stämmer dock inte med uppgifterna som den oberoende utredningen har fått fram.

– Men jag kan inte säkert avgöra vem som talar sanning i den frågan, säger Lars Rask.

Forskare ber om ursäkt

Andra forskare har nyligen kommit fram till att florigen sannolikt är ett protein, alltså inte RNA som forskarna i Umeå trodde.

Ove Nilsson håller med utredarna om att han som forskningsledare bär det yttersta ansvaret för händelsen. I ett brev publicerat i tidskriften Science ber han om ursäkt för den felaktiga rapporten. Brevet är undertecknat av alla medförfattare, utom av Tao Huang.

– Han har intalat sig själv att han har gjort allt rätt, och jag vill inte anklaga honom för medvetet fusk. Ändå blev det fel, säger Ove Nilsson.

Men varför blev det fel? Ove Nilsson tror att många gästforskare har hård press på sig hemifrån. För att få ett jobb och göra karriär måste de kunna visa konkreta resultat. Men även Ove Nilsson har arbetat under hård press. Han är ledare för en forskargrupp och har nyligen blivit chef för delar av UPSC, ett av världens största akademiska institut för bioteknisk forskning på träd. Dessutom sitter han i styrelsen för det avknoppade företaget Swetree Technologies som i samarbete med stora skogsbolag försöker utveckla bioteknik inom skogsbruket.

– Jag gissar att han har haft så stor arbetsbelastning att han inte hunnit med att göra de kontroller han borde ha gjort, säger Lars Rask.

Men han understryker att Ove Nilsson är en seriös forskare som har gjort viktiga insatser i forskningen om träd. Äventyret med florigen har inte skadat det arbetet. Och det går alldeles utmärkt att på genteknisk väg styra blomningen hos ett träd utan att veta vad florigen består av. Det har Ove Nilsson och hans medarbetare lyckats med. De identifierade aspens motsvarighet till FT-genen, och genförändrade sedan aspar så att genen var aktiv redan från start. Följden blev att späda stjälkbitar i provrör började blomma. Hos liknande plantor som fått växa till sig under ett halvår ser blomställningarna helt normala ut. Forskarna upptäckte också att FT-genen styr när träden slutar växa och sätter knopp på hösten, vilket var oväntat.

Det återstår fortfarande att visa att aspar som blivit genförändrade så att de blommar tidigt verkligen kan korsa sig.

– Men vi har tagit ett mycket stort steg på vägen dit, säger Ove Nilsson.

Han är övertygad om att tekniken kommer att få stor betydelse inom skogsbruket, även om han inte vågar sia om när trädförädlare kan börja arbeta med snabbplantor.

Lövträd kommer först

Utvecklingen inom skogsbruket går långsamt, bland annat på grund av att träd lever så länge. Det kommer att dröja till efter år 2015 innan det blir aktuellt att odla genförändrade träd i Sverige, enligt Ove Nilsson.

– Det blir sannolikt ett lövträd, en poppel eller hybridasp, som växer snabbare eller har förändrade vedegenskaper, säger han.

De kommer att växa i odlingar, ungefär som dagens energiskogar, och inte innehålla gener från någon fisk eller annan främmande art.

– Det räcker gott med att justera samspelet mellan trädets egna gener, säger Ove Nilsson.

Genförändrade barrträd finns redan i försöksodlingar i sydöstra USA. Där växer tallar med lägre halt av lignin. Tidigast år 2025 kan tiden vara mogen för att på allvar börja odla liknande träd i Sverige, tror Ove Nilsson.

Merparten av skogarna i Sverige kommer att se ut som i dag under lång tid framöver. Ove Nilsson förutspår att genförändrade träd och annan högförädlad skog kommer att växa på begränsade intensivodlade arealer.

– Det kommer vi att behöva. Vi blir fler människor på jorden, och oljan kommer att ta slut. Därför blir det nödvändigt att utnyttja skogen så effektivt som möjligt.