Forskare lyckades bryta upp världens hårdaste biomaterial – fann ledtrådar till pollens livslängd

Forskarna Olivier Keech och Clément Boussardon vid Institutionen för fysiologisk botanik vid Umeå universitet, har studerat mitokondrier i pollenkorn från växten Arabidopsis i Umeå Plant Science Centre:s växthus.

BildRebecca Forsberg

Pollens hårda, yttre skal består av ett av de hårdaste biomaterialen som vi känner till på vår planet.

Pollenkorn: Naturens tåliga kapslar 

– Blommande växter är beroende av pollen för reproduktion, och pollen är på många sätt mycket speciella, säger Olivier Keech, forskare vid Institutionen för fysiologisk botanik vid Umeå universitet och gruppledare vid Umeå Plant Science Centre, UPSC.

Han förklarar att varje korn av pollen innehåller en liten kapsel – en cell, som bär på det manliga genetiska materialet som förs vidare till nästa generation.  

När ett pollenkorn möter en honblomma från samma art kan befruktning ske och ge upphov till en ny generation. Men mötet sker inte alltid direkt. För att överleva tuffa miljöer har pollen utvecklat en specifik yttre struktur som skyddar cellen och möjliggör att pollenkornet kan färdas långa sträckor med vinden eller genom pollinatörer såsom insekter, fåglar eller reptiler. 

– Detta hårda, yttre skal består av ett av de hårdaste biomaterialen som vi känner till på vår planet. Det gör pollens yttre extremt motståndskraftigt mot skador, och vissa pollen kan bevaras i sedimentära bergarter i miljontals år, säger Olivier Keech.

Olivier Keech, universitetslektor vid Institutionen för fysiologisk botanik och UPSC, Umeå universitet.

BildJohan Gunséus

Att ett pollenkorn kan överleva så pass länge är tack vare en inbyggd energiproduktion – mitokondrierna.  
– De är en liten del av cellen som är avgörande för dess överlevnad, säger Olivier Keech. 

Mitokondrier har sitt eget genetiska material, nödvändigt för deras biologiska funktion och särskilt för att producera energin som håller cellen vid liv. Men för att kunna studera mitokondrierna i pollen var forskarna tvungna att bryta upp det skyddande skalet. 

De är biologiska strukturer, en miljon gånger mindre än en meter, inneslutna i ett minimalt kassaskåp – men dynamit var inte ett alternativ!

En överraskande upptäckt tack vare lyckat samarbete 

Idén att studera pollens mitokonrider såddes på en konferens 2019. Olivier Keech och hans UPSC-kollega, Clément Boussardon, presenterade en ny teknik utvecklad i Umeå som möjliggör infångning och isolering av mitokondrier. Den innovativa tekniken väckte intresse hos forskare som studerar pollenceller. 
Men från idé till genombrott tog det flera år att, bokstavligen, knäcka pollens hemligheter.  

– Att bryta upp pollenkorn och isolera intakta mitokondrier var verkligen en utmaning. De är biologiska strukturer, en miljon gånger mindre än en meter, inneslutna i ett minimalt kassaskåp – men dynamit var inte ett alternativ!, säger Clément Boussardon, staff scientists i Keechs forskargrupp och förstaförfattare till studien som publicerats i Current Biology.

Staff scientist Clément Boussardon visar hur mitokondrier från Arabidopsispollenkorn ser ut fångat med ett svepelektronmikroskop. 

BildRebecca Forsberg

Clément Boussardon, tillsammans med sin forskarkollega Matthieu Simon i från INRAE i Frankrike, spenderade över fyra år för att förfina metoden för att öppna pollenkorn samtidigt som mitokondrierna bevarades. Men vad de upptäckte var inte vad de hade förväntat sig. 

– Vi var förvånade över vad vi fann, säger Olivier Keech, och fortsätter:  
– Vi upptäckte att proteinerna som är kopplade till underhållet, reproduktionen, av det genetiska materialet i mitokondrierna – det som är avgörande för att hålla dem vid liv – saknades helt. 

– Detta är lite som om mitokondrierna var redo köra igång energifabriken men inte hade utrustning för reparationer. Denna upptäckt kan förklara varför ett pollenkorn i slutändan har en begränsad livslängd och varför dess livstid är takmad för att överleva fram till befruktning, säger Olivier Keech. 

Att kombinera expertisen från våra olika forskarteam har varit ett sant nöje och var helt avgörande för att vi skulle lyckas

Olivier Keech och Clément Boussardon tillskriver framgången till studiens tvärvetenskapliga natur, som sammanförde forskare från Tyskland, Frankrike, Nya Zeeland och naturligtvis Umeå.

– Att kombinera expertisen från våra olika forskarteam har varit ett sant nöje och var helt avgörande för att vi skulle lyckas, avslutar Clément Boussardon.