Research
Foto: Fredrik Larsson
Deciduous trees, like aspen, offer a sustainable source of bioenergy and biomaterials. This resource is likely to become even more important in the face of emerging changes in silvicultural practices and the need for increased biodiversity. Understanding of the molecular regulation of wood formation is needed to provide tools for breeding of deciduous trees for diversified use of wood in the future.
Wood is formed by cell divisions occuring in the vascular cambium. The properties of wood are influenced by the activity of the vascular cambium and the deposition of the secondary cell wall constituents of cellulose, hemicelluloses and lignin. The deposition of the polysaccharidic cell wall is finalised by the death of the xylem elements, while lignification continues even post mortem. These processes are controlled by both developmental and external cues. For instance, the content of lignin depends on the activity of the cambium but also on the availability of nutrients. The molecular regulation of wood formation in response to the external cues is poorly understood. Our goal is to dissect molecular regulation of cambial activity and xylem differentiation as a part of normal development but also in response to external cues such as light, temperature and nitrogen by a wide array of methods, such as DNA editing of hybrid aspen trees, single cell RNAsequencing, and automatic phenotyping.
Ultimately, we want to understand how cambial activity and xylem differentiation influence 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 differentiation influences responses to environmental factors such as nutrient abundance and drought. Here, we take advantage of reverse genetics but also natural variation within Swedish aspen (Populus tremula) trees with the aim to identify genetic loci associated with secondary cell wall and wood properties as well as tree responses to environmental effectors by genome-wide association mapping.
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
CV H. Tuominen
Education and academic degrees
Employments
Special Awards and Honours
Publications
![A phloem-localized Arabidopsis metacaspase (AtMC3) improves drought tolerance [link]](http://bibbase.org/img/filetypes/link.svg "Paper")
Paper
doi
link
bibtex
abstract
Svenska
Photo: Fredrik Larsson
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.