Projekti / Programi
UPORABA RNA INTERFERENCE IN PRISTOPOV SISTEMSKE BIOLOGIJE ZA VALIDACIJO INSEKTICIDIH TARČ V PREBAVILIH KOLORADSKEGA HROŠČA
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.05 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
Rastlinska biotehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T490 |
Tehnološke vede |
Biotehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.04 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijska biotehnologija |
koloradski hrošč, Leptinotarsa decemlineata, dsRNA insekticidi, RNAi, omske tehnologije, bioinformatika, RNA-seq, sekevenciranje nove generacije
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
29617 |
dr. Marko Petek |
Biotehnologija |
Vodja |
2016 - 2017 |
168 |
Organizacije (1)
Povzetek
Koloradski hrošč (KH) je pomemben škodljivec v pridelavi poljščin. Znano je, da je sposoben hitro razviti odpornost na insekticide in predvideva se, da se bo zaradi obetov podnebnih sprememb širil proti severu Evrope. V zadnjem desetletju so dvoverižne RNA (dsRNA) izkazale potencial, da postanejo okoljsko sprejemljiva insekticidna sredstva. Te molekule aktivirajo mehanizem RNA interference (RNAi), ki sproži sekvenčno specifično supresijo izražanja genov, imenovano tudi utišanje genov.
Uspešno utišanje genov in sistemsko širjenje utišanja lahko sprožimo pri KH s hranjenem z dsRNA. Če utišanje gena prekine življenjsko pomemben proces, lahko dsRNA delujejo insekticidno. Prednosti RNAi insekticidov so visoka specifičnost za ciljne vrste, majhna verjetnost razvoja odpornosti in kratko obdobje razgradnje v okolju v netoksične spojine. Ključnega pomena za učinkovitost kot tudi okoljsko varnost dsRNA insekticidov je izbor tarčnih genov.
Glavni cilj tega projekta je identifikacija in validacija tarčnih genov za razvoj RNAi insekticidov s specifičnim delovanjem na KH. Da bi to dosegli, bo potrebno vzpostaviti metodologijo za identifikacijo in potrjevanje učinkovitosti RNAi insekticidov na NIB. To bo vključevalo postopek izbire kandidatnih genov, vzpostavitev metodologije proizvodnje dsRNA in vrednotenja insekticidnega potenciala dsRNA v prehranjevalnih poskusih z žuželkami. Poleg tega bom raziskal vpliv RNAi insekticida na spremembe transkriptoma prebavil KH s pomočjo metode sekvenciranja nove generacije (NGS) imenovane RNA-seq. Da bi raziskal kakšen vpliv ima RNAi insekticid na strukturo bakterijske združbe v prebavilih KH, bom analiziral vsebino prebavil ličink in pridobil metagenomske profile bakterijske združbe z NGS.
Za ovrednotenje učinkovitosti RNAi insekticidov bom uporabil razpoložljiva statistična orodja in že vzpostavljene bioinformatske cevovode za analizo RNA-seq podatkov, medtem ko bom vzpostavil namenski bioinformacijski cevovod za analizo metagenomskih podatkov na NIB.
Projekt bo prispeval k znanosti s:
- preučitvijo potenciala izbranih kandidatnih genov kot novih tarč za RNAi insekticide,
- validacijo računalniško predvidenih genskih funkcij pri škodljivcu,
- sledenjem izražanja izbranih genov v različnih tkivih in razvojnih stopnjah KH,
- preučevanjem globalnih vzorcev izražanja genov z RNA-seq v prebavilih KH po hranjenju z RNAi insekticidom,
- preučevanjem vpliva RNAi insekticida na metagenom prebavil KH.
V prihodnosti bodo nova dognanja na podlagi tega znanja omogočila vzpostavitev bolj trajnostnih praks v kmetijstvu. Razvita metodologija utišanja genov bo prenosljiva na druge organizme, kar bo vplivalo tudi na področja, ki niso povezana z zaščito rastlin. Zaradi perspektivnosti RNAi tehnologije na področju kmetijstva in biotehnologije predstavlja ta projekt priložnost za ustanovitev novih podjetij, ki bodo tržila RNAi tehnologije.
Hkrati bo podoktorski projekt tudi priložnost za vzpostavitev boljših povezav z drugimi znanstveniki, ki delajo na področju RNAi in možnost pridružitve konzorcijem, ki se prijavljajo na mednarodne razpise za raziskovalne projekte.
Pomen za razvoj znanosti
Globalnih transkriptomskih študij odziva žuželk na dsRNA je zelo malo; večina študij je preučevala le izražanje ciljnega gena in včasih tudi peščico genov z visoko nukleotidno podobnostjo tarči. Še manj pogoste so študije, ki preučujejo učinek dsRNA, ki tarčnih genov v tretiranem organizmu, t.i. nespecifični odziva na dsRNA. Kot prispevek k znanosti, za zapolnitev te vrzeli znanja, smo izvedli analizo RNA-seq za preučitev učinka vnosa dsEGFP črevesno tkivo KH. Z več podobnimi študijami v drugih žuželkah bomo lahko odkrili nove akterje, udeležene v procesu privzema dsRNA in indukcije mehanizma RNAi. Še pomembnejši učinek je pričakovati od rezultatov metagenomske študije, kjer smo preučevali vpliv dsRNA na bakterijske klade v črevesju CPB. Potrditev naših rezultatov pri drugih žuželkah in ekoloških sistemih, bi lahko odprla novo področje interakcijskih študij, ki bi preučila npr. ali škropljenje z dsRNA spremeni rastlinski epifitni mikrobiom ali mikrobiom prsti.
Pomen za razvoj Slovenije
Na NIB-u smo vzpostavili protokole pri NIB, ki jih lahko uporabimo za testiranje aktivnosti dsRNA proti rastlinojedim insektom. To metodologijo lahko prilagodimo tudi za testiranje drugih organizmov občutljivih na RNAi, npr. členonožcev in ogorčic, bodisi za potrditev specifičnih genskih funkcij ali razvoj novih trajnostnih strategij za zaščito škodljivcev ali patogenov. Biotehnološko proizvedene spojine in bio-osnovane zelene kemikalije spadajo med trenutne prioritete Slovenske strategije pametne specializacije. Tehnologije proizvodnje dsRNA so uporabne v kmetijstvu in biotehnologiji, zato so rezultati in strokovno znanje, pridobljeno v tem projektu, uporabni za podjetja, ki želijo razviti in tržiti nove izdelke na osnovi RNAi. Prav tako lahko postopke za detekcijo in kvantifikacijo dsRNA prilagodimo in uporabimo za namene spremljanja dsRNA v okolju, kar bo pomembno, ko se bodo produkti za zaščito rastlin z dsRNA pojavili na tržišču. Ta projekt je omogočil sodelovanje slovenskih znanstvenikov v COST akciji s področja RNAi za zaščito rastlin. S tem je projekt pomagal vzpostaviti tesne povezave in sodelovanje z raziskovalnimi skupinami v EU, ki delujejo na perspektivnem področju biotehnologije.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
