Skogen och våra skogsträd är en viktig naturtillgång. Många av oss förknippar skogsmark med rekreation, jakt och bär. Vad kanske inte alla känner till däremot är att skogsindustrin bidrar med mer än 50% av vårt netto BNP (www.skogsindustrierna.se). Att vi brukar och skördar vår skogsmark är därför viktigt för allas vår välfärd. Veden är dessutom en förnyelsebar råvara. Därför kommer efterfrågan av vedråvara att öka för att ersätta många av dagens oljebaserade produkter.

Ökad efterfrågan

Vedråvara kommer inom en överskådlig framtid att användas till biobränsle, biokompositer och andra "gröna" kemikalier. Den ökade efterfrågan av förnyelsebar vedråvara kan skapa en konflikt mellan produktionsmål och bodiversitet/rekreations mål. Hur löser vi detta dilemma? Jo, på samma sätt som vi har gjort med försörjning av jordbruksprodukter. Vi förädlar våra skogsträd så de producerar mer ved per ytenhet, och vi odlar träd effektivt under jordbruksliknande former i trädplantager.

Den nya biologin har gett oss verktyg att förädla skogsträd inom en rimlig tidsperiod. Detta kan ske antingen genom transgen teknik, eller med s k markörbaserad förädling. Oavsett vilken metod man väljer behöver vi förstå vilka gener och molekylära/fysiologiska mekanismer som styr vedens bildning. Ett av FORMAS excellence center FUNCFIBER med forskargrupper från Umeå Plant Science Center, Umeå universitet, SLU Uppsala och KTH arbetar med just dessa frågor. De samarbetar också med SweTree Technologies (STT) som är ett Umeå baserat skogsbioteknikföretag.

Asp modell

Figur 1. Asp i vävnadsodling.

Forskarna arbetar med asp som modellträd. Det finns flera anledningar till detta. Aspens genom har liksom några andra modellorganismer blivit sekvenserat. Detta förenklar våra möjligheter att ta fram den genetiska koden för intressanta gener. Vidare kan vi enkelt och i stor skala göra transgena aspar. Detta innebär att vi kan studera betydelsen av specifika gener genom att slå ut deras funktion. Aspen växer också fort, vilket innebär att försöksmaterialet kan tas fram snabbt. Den kunskap om geners funktion som tas fram i asp kan sedan i de alla flesta fall överföras till andra lövträd, och i många fall även till barrträd.

Så bildas ved

Figur 2. Vedbildningszonen (kambium). Foto: Kjell Olofsson.

Veden bildas genom celldelningar i det vaskulära kambiet. Då kambiecellerna delat sig differentierar de i lövträd antingen till fiberceller eller till kärlceller. Fiberceller ger stammen dess mekaniska stadga, och det är också fibercellerna den viktigaste komponenten i vedbaserade produkter. Kärlcellerna är de celler som leder vatten från rot till skott. Då vedcellen bildas sker det i olika steg som ger veden de egenskaper som är av betydelse för nyttjandet av fibrer. Antalet celldelningar i kambiet bestämmer mängden biomassa och årsringens bredd.

Figur 3. Aspvedceller (macerat: fibrer, kärl och märgstråleceller). Foto: Kjell Olofsson.

Sedan expanderar cellen i längd och bredd, och viktiga egenskaper som fiberlängd och fiberbredd bestäms. Till sist bildas den sekundära cellväggen, och då bestäms hur mycket cellulosa, lignin och hemicellulosa som veden ska innehålla. När sekundärväggen bildas, skulpteras också vedcellen med exempelvis porer som gör att vattnet kan stiga i stammen från cell till cell. För att skapa veden krävs tusentals gener och proteiner, hur kan man då veta vilka gener som man vill studera?

Vi har utvecklat en unik teknik där vi kan isolera celler som befinner sig i specifika utvecklingsstadier under vedbildningen; delande, expanderande eller bildande sekundär cellvägg. Vidare har vi utvecklat tekniker för att studera vilka gener, proteiner eller metaboliter som finns i dessa mycket små prover. På så sätt kan vi identifiera gener som är specifikt inblandade i biomassaproduktion, fiberlängd eller cellulosabiosyntes.

Förändring av träd

Hur mycket kan man då förändra vedens tillväxt och egenskaper genom att förädla träden? Tittar man på den naturliga variationen av t ex fiberstorlekar, cellväggstjocklek eller kemiskt innehåll så är svaret - ganska mycket. Inom en trädstam kan viktiga egenskaper skilja sig upp till flera hundra procent. Detta innebär att det inte finns några biologiska hinder att producera skogsråvara med egenskaper som skiljer sig betydligt från dagens råvara.

En av målsättningarna med FUNCFIBER programmet är att producera transgena träd för 100 olika gener som förändrar vedens egenskaper. Genom att karakterisera veden i dessa genförändrade träd med olika, kemiska, mikroskopiska och molekylära tekniker som utvecklas inom programmet kan vi skapa en världsunik databas för vedgener. Med hjälp av dessa träd kommer vi i Sverige att bidra med spetskunskap inom vedbiologin och fortsätta att vara världsledande inom skogsbioteknik och vedforskning.

Björn Sundberg är professor i skoglig växtfysiologi vid Umeå Plant Science Centre, SLU, Umeå