Kansainvälinen tutkimusryhmä on onnistunut luomaan kauran geneettisen kartan eli pangenomin ja pantranskriptomin, joka kertoo, milloin ja missä kauran geenit ovat aktiivisia kasvin eri osissa. Läpimurto auttaa ymmärtämään, mitkä geenit ovat tärkeitä sadon, sopeutumisen ja terveyden kannalta, ja siitä on merkittävää hyötyä kauran jalostustyössä.

Kauran perimän eli genomin ymmärtäminen on ollut tähän asti vaikeaa, sillä se on poikkeuksellisen suuri ja monimutkainen. Kansainvälinen tutkimusryhmä sekvensoi ja analysoi genomin 33 kauralinjasta, jotka sisälsivät sekä viljeltyjä lajikkeita että niiden villisukulaisia. Pantranskriptomin, geenien atlaksen, luomiseksi tutkijat tarkastelivat geenien ilmentymistä kuudessa kudoksessa ja kehitysvaiheessa 23:lla näistä kauralinjoista. Tätä varten käytettiin huippuluokan sekvensointiteknologioita.

– Kauran pangenomin purkaminen osoittaa, miten moderni genomiikka voi edistää perustutkimusta ja vaikuttaa suoraan terveyteen, maatalouteen ja kasvinjalostukseen, kertoo tiedotteessa tohtori Martin Mascher, IPK:n Domestication Genomics -tutkimusryhmän johtaja, joka toimii myös kansainvälisen PanOat-konsortion koordinaattorina.

Merkittävä ja tärkeä osuus tehtiin Luonnonvarakeskuksessa (Luke).

– Me johdimme koko pantranskriptomin, kaikkien aktiivisesti käytössä olevien geenien pääluettelon, sekvensointia kaikille näytteille ja kehitimme menetelmät ja protokollat, jotka ylipäätään mahdollistivat työn toteuttamisen, analyysityötä Lukessa johtanut erikoistutkija Lidija Bitz sanoo.

Myös Yhdysvalloissa, Utahissa sijaitseva Brigham Young University (BYU) osallistui pantranskriptomiprojektiin. Suuri osa transkriptomin sekvensoinnista tehtiin Suomessa, pääasiassa Turun Biotiedekeskuksessa (Finnish Functional Genomics Centre), ja osa työstä toteutettiin Luken genomiikkalaboratoriossa Jokioisissa.

– Suuret kansainväliset genomitutkimushankkeet ovat ratkaisevan tärkeitä jalostuksen ja jalostusteknologioiden kehittämiselle. Genominen jalostus on keskeinen osa kestävää biotaloutta – se tukee ruokaturvaa, ilmastoresilienssiä ja tuotannon kannattavuutta. Myös laadun jalostus on keskeistä, jotta kaura soveltuu monipuolisesti erilaisiin kasvipohjaisiin elintarvikesovelluksiin, joiden määrä on viime vuosina kasvanut runsaasti, tutkimuspäällikkö Sirja Viitala Lukesta sanoo.

Suomi on kauran suurvalta. Kuulumme maailman viiden suurimman tuottajamaan joukkoon ja olemme yksi johtavista viljan viejistä. Liha- ja maitotuotteiden kasvipohjaisten vaihtoehtojen kehitys on tehnyt kaurasta entistä keskeisemmän raaka-aineen Suomen elintarviketeollisuudessa. Kaurassa on runsaasti terveellisiä kuituja, kolesterolia alentavaa beetaglukaania sekä lukuisia muita arvokkaita yhdisteitä, kuten antioksidantteja ja terveellisiä rasvoja.

Muuttuvassa ilmastossa sään- ja taudinkestävien kauralajikkeiden jalostus on välttämätöntä, ja tuo työ alkaa kauran geenien ja genomien purkamisesta. Jalostus avaa uusia mahdollisuuksia ja vahvistaa Suomen ruokasektoria.

– Kauralla on Suomessa poikkeuksellisen vahva asema – se on sekä vientivilja, terveysruoka että elintarviketeollisuuden raaka-aine. Kauran tutkimus, jalostus ja arvoketjujen kehittäminen ovat strategisesti tärkeitä kestävän ruokajärjestelmän ja maatalouden uudistamisen kannalta, Viitala sanoo.

Kauranjalostus on jäänyt jälkeen – erityisesti verrattuna esimerkiksi ohraan. Historiallisesti kauralla on Suomessa ollut vähemmän teollista kysyntää. Sen viljelyala on pienentynyt merkittävästi viime vuosisadan aikana ja viime vuosikymmeninä on kehitetty ja hyväksytty vain muutamia kymmeniä uusia lajikkeita.

Uusin tutkimus mahdollistaa tämän perinteisen viljelykasvin uudistamisen vastaamaan nykyaikaisiin tarpeisiin ja muuttuviin kasvuolosuhteisiin. Kauran genomien ja transkriptomien avaaminen auttaa kehittämään lajikkeita, jotka kestävät paremmin ilmastonmuutosta ja kasvitauteja. Tämä läpimurto avaa kauralle tien entistä laajempaan ja innovatiivisempaan käyttöön tulevaisuudessa.

– Jos genomi on kuin nuottikirja, transkriptomi on sen esitys. Pantranskriptomi on kuin tallenne monista orkestereista, jotka soittavat samanlaisia kappaleita eri tyyleillä — punkina, metallina, jazzina, klassisena tai rockina. Se paljastaa kaikki vaihtelut siinä, miten geneettisiä ohjeita voidaan tulkita, Bitz kuvailee.

PanOat-konsortiota johti saksalainen IPK Leibniz -instituutti, ja Luke toimi keskeisenä osana kansainvälistä tutkimusryhmää koordinoiden ja johtaen kaikkien yhteistyökumppaneiden kattavaa transkriptomityötä. Konsortion työn tulokset julkaistiin Naturessa artikkelissa A pangenome and pantranscriptome of hexaploid oat.

Aamuset-kaupunkimedia (AKM)