Xylem elements mature in plant vascular tissues by depositing cellulose-rich secondary cell walls until they die through programmed cell death. Cell death therefore influences the duration of xylem cell differentiation and the lifetime of the cells. I have investigated the process of xylem cell death both in the water-transporting vessels and the physically-supporting fibres of the stem in Populus trees. The current aim is to identify factors that initiate and execute xylem cell death. One of the focus areas is the signalling and functional characterisation of the metacaspase gene family using reverse genetic, forward genetic and biochemical methods in both Arabidopsis thaliana and Populus.
We have earlier shown that cell death also influences lignification of xylem elements. Work done in the Zinnia elegans tracheary element differentiation system revealed that lignin biosynthesis continues even post mortem (after cell death). Further work in Arabidopsis xylem tissues showed that the post mortem lignification of xylem vessels is assisted by their long-living neighbour cells, the so called “good neighbours” of lignification. This sequence of events needs to be strictly controlled in time and place, and we have identified members of the PIRIN gene family that, from within the good neighbours, mediate at least partially the post mortem lignification of vessel elements. Strikingly, Arabidopsis PIRIN2 influences also chemical composition of lignin, and the current work focuses on the physiological significance of this finding.
We are very much interested in how xylem maturation influences the chemical and mechanical properties and the functioning of the wood. A long-standing question has been whether it would be possible to enhance biomass production in woody tissues by extending the lifetime of the individual xylem elements. Another burning question is how xylem maturation influences responses to environmental factors such as nutrient abundance and drought. We have taken two different approaches to investigate the relationship between xylem maturation and properties of wood. The first approach aims to modify xylem maturation by transgenic technology in hybrid aspen (Populus tremula X P. tremuloides) trees using cell-specific promoters and the newest DNA editing technologies, followed by careful characterisation of the transgenic trees for growth, wood chemical and physical properties, water transport capacity and drought resistance. The second approach takes advantage of the natural variation within a Swedish aspen (Populus tremula) population with the aim to identify natural variation in the secondary cell wall and wood properties as well as in tree responses to environmental effectors, followed by elucidation of the underlying molecular mechanisms by genome-wide association mapping.
{tab=Team}- 2006: Docent, Plant developmental biology, University of Helsinki, Finland
- 1997: PhD, Forest Plant Physiology, The Swedish University of Agricultural Sciences, Umeå
- 1991: MSc, The University of Oulu, Finland
- Since 2020: Professor, Department of Forest Genetics and Plant Physiology, Swedish University of Agricultural Sciences
- 2008-2019: Associate professor, Department of Plant Physiology, Umeå University
- 2005-2007: Assisting lecturer, Department of Plant Physiology, Umeå University
- 2001-2005: Assistant professor, Department of Plant Physiology, Umeå University
- 1997-2001: Post doc, Institute of Biotechnology, University of Helsinki, Finland
- 2008: Young Researcher Award (2 million SEK for research), Umeå university
- 2010-2014: Director of the Strong Research Environment BioImprove
Education and academic degrees
Employments
Special Awards and Honours
Vem skulle inte vilja ha ett långt liv? Majoriteten av de xylemceller, såsom kärl och fibrer, som bildar träet verkar inte göra det. Dessa celler utvecklas och dör snabbt för att tjäna den växande stammen i vattentransport och fysiskt stöd. Jag har i min forskning identifierat fysiologiska och molekylära faktorer som reglerar xylemcellernas snabba död. För mig som växtfysiolog är tidpunkten för celldöd en viktig process att studera eftersom den avslutar biosyntes av cellulosa. Följaktligen ter det sig att xylemcellernas livslängd påverkar mängden biomassa i varje cell och i slutändan också i hela trädet.
Ett annat fenomen jag har varit intresserad av är hur xylemceller producerar den styva, vattentäta polymeren som kallas lignin för att förstärka sina cellväggar. Intressant nog fortsätter lignifieringen av xylemcellväggar efter cellernas död. Jag har bidragit till upptäckten att lignifieringen av de snabbt döende xylemkärlscellerna fullbordas av deras närliggande celler som har en lång livslängd. Min forskargrupp har visat att de närliggande cellerna också deltar i att kontrollera kärlcellernas ligninsammansättning, vilket är viktigt för deras optimala funktion vid vattentransport.
Min forskning är beroende av flera typer av teknologier, inklusive mikroskopi, transkriptomik, proteomik, genomik och genetik, som alla utvecklas snabbt. Flera av dessa strävar mot ökad rumslig upplösning. Mitt nuvarande mål är att analysera genuttryck med transkriptomik i en enda xylemcell, och koppla det till det fysiologiska svaret hos densamma. Ett annat exempel på teknikutveckling är CRISPR Cas9 tekniken som möjliggör mycket exakt genetisk modifiering. Vi använder CRISPR Cas9 tekniken till exempel för att förlänga xylemcellernas livslängd och därmed försöka öka mängden biomassa i trädstammen, och för att modifiera lignin i specifika typer av xylemceller utan skadliga biverkningar på trädtillväxten.
Mitt favoritträd är asp (Populus tremula). Aspen har vackert vitt trä och korta fibrer, vilket gör den attraktiv som råmaterial för diversifierad bioekonomi. Hybridasp (Populus tremula x P. tremuloides) har potential att växa upp till 25 m3 per hektar och år i södra Sverige. Ändå odlas bara några tusen hektar hybridasp i Sverige. En av anledningarna är bristen på avel i dessa trädslag. Jag har i min forskning identifierat betydande variationer i träets kvalitativa egenskaper samt några av de underliggande genetiska mekanismerna inom en naturlig population av asp. Dessa resultat lägger grunden för förädling av aspar och identifiering av träd med högre biomassaproduktion och bättre träkvalitet. Högkvalitativa aspträd och ökad användning av asp kommer förhoppningsvis att bidra till minskad nyttjande av de befintliga skogarna, ökad biodiversitet i vårt landskap och diversifiering av svensk skogsindustri i framtiden.