Ligniini on maakasveille hyvin tärkeä makromolekyyli. Se on olennainen osa esimerkiksi vettä ja ravinteita kuljettavien puusolukon solujen soluseinää. Ligniini on myös osallisena kasvien puolustuksessa muita organismeja vastaan. Lisäksi se on tärkeä osa metsien ekologiassa ja ihmisen hyödykkeenä.
Prosessia, jossa kasvisolun seinään muodostuu ligniiniä, sanotaan puutumiseksi, eli lignifikaatioksi. Tällöin lignifikoituvan solun sisällä syntetoidut ligniinin monomeerit – monolignolit - kuljetetaan solukalvon yli soluseinään, jossa ne polymeroituvat ligniiniksi. Vähitellen kasvisolun soluseinän selluloosan, hemiselluloosien, pektiinien ja rakenne-proteiinien muodostama verkosto tukkiutuu ligniinistä. Lignifikoituessaan solu käy samalla läpi ohjelmoidun solukuoleman.
Monolignolien synteesistä tiedetään suhteellisen paljon, samoin kuin ligniinin polymerisaatiosta. Monolignolien kuljetuksesta sen sijaan ei ole tietoa. Eri hypoteesien mukaan monolignolit voivat kulkeutua solukalvon yli joko diffuusion, golgin laitteen rakkuloiden tai kuljettajaproteiinien eli transportterien avulla. Teoria golgin laitteesta on osoitettu epätodennäköiseksi ja diffusiostakaan ei ole todisteita aidoilla solukalvoilla. Siksi pro gradu –tutkielmani tarkoituksena onkin testata hypoteesia transportterivälitteisestä kuljetuksesta. Tutkittavina ovat kasveissa hyvin yleiset ABC-transportterit, joiden tiedetään kuljettavan sekundaarisen aineenvaihdunnan tuotteita.
Tutkielmassani testasin ABC-transportterihypoteesia kuusen (Picea abies) ligniiniä tuottavilla A3/85-liuosviljelmäsoluilla sekä bioninformatiikan keinoin. A3/85-soluille syötettiin radioaktiivista fenyylialaniinia – monolignolisynteesin raaka-ainetta – yhdessä ABC-transportteri-inhibiittoreiden (Reversin 121 ja vanadaatti) kanssa. Inhibiittoreilla ei kuitenkaan ollut vaikutusta solujen erittämien fenyylialaniinin fenolituotteiden tai näiden sokerijohdannaisten määrään. Bioinformatiikan keinoin taas yritettiin löytää kuusen (Picea spp.) ja männyn (Pinus spp.) EST-kirjastoista hyviä ABC-transportteriehdokkaita monolignolien kuljetukseen. Erityisesti lignifikoituvassa solukossa esiintyvää, ominaisuuksiltaan sopivaa ABC-transportteria ei kuitenkaan löytynyt. Tämän perusteella kuljetuksesta vastaa todennäköisesti jokin muu transportteri tai kuljetus ei tapahdu lainkaan transportterin välityksellä.
Tutkielmassani oli testattavana myös usein esitetty ajatus monolignolien myrkyllisyydestä, josta ei kuitenkaan ole tehty asiaan kuuluvaa selvitystä. Monolignolien odotetulla myrkyllisyydellä saatetaan kasvitieteessä perustella erinäisiä väittämiä, joten ajatuksen paikkansapitävyys on syytä varmistaa.
Hypoteesia monolignolien myrkyllisyydestä testasin lisäämällä ligniiniä tuottamattomien tupakan (Nicotiana tabacum) liuosviljelmäsolujen (BY-2) kasvatusalustaan monolignoli koniferyylialkoholia. Koniferyylialkoholi aiheutti solujen lignifikaation sekä tappoi solut korkeissa pitoisuuksissa. Näiden kokeiden perusteella voidaan myrkyllisyys-hypoteesin sanoa olevan mahdollinen, joskin koniferyylialkoholin mahdollinen osallisuus lignifikoituvassa solussa tapahtuvaan ohjelmoituun solukuolemaan täytyy ottaa huomioon.
