Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Funkcionalna in strukturna analiza verticilijskih efektorskih proteinov in njihovih tarč v hmelju in modelnih rastlinah

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
4.03.05  Biotehnika  Rastlinska produkcija in predelava  Fitomedicina 

Koda Veda Področje
B390  Biomedicinske vede  Fitotehnika, hortikultura, zaščita pridelka, fitopatologija 

Koda Veda Področje
4.01  Kmetijske vede in veterina  Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo 
Ključne besede
Verticillium, hmelj, Arabidopsis, N. bethamiana, efektorji, interaktorji, struktura, funkcija, mehanizmi patogenosti, žlahtnjenje rastlin
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (12)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  21407  dr. Sabina Berne  Biotehnologija  Vodja  2017 - 2020  167 
2.  38323  Marinka Horvat  Biotehnologija  Raziskovalec  2018 - 2019 
3.  31143  Nataša Hren    Tehnični sodelavec  2017 - 2019 
4.  16379  dr. Jernej Jakše  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2017 - 2020  701 
5.  05994  dr. Branka Javornik  Rastlinska produkcija in predelava  Upokojeni raziskovalec  2017 - 2020  1.293 
6.  34603  dr. Mirijam Kozorog  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2018 - 2020  34 
7.  00385  dr. Nada Kraševec  Biotehnologija  Raziskovalec  2017 - 2020  218 
8.  30762  dr. Katja Pirc  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2017 - 2019  46 
9.  12048  dr. Marjetka Podobnik  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2017 - 2020  329 
10.  19184  dr. Nataša Štajner  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2017 - 2020  332 
11.  15577  Nevenka Valič  Rastlinska produkcija in predelava  Tehnični sodelavec  2017 - 2019  89 
12.  37428  dr. Helena Volk  Biotehnika  Mladi raziskovalec  2017 - 2020  64 
Organizacije (2)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0104  Kemijski inštitut  Ljubljana  5051592000  21.271 
2.  0481  Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta  Ljubljana  1626914  67.269 
Povzetek
Rastline po vsem svetu ogrožajo najrazličnejši škodljivci in rastlinski patogeni, med njimi tudi glive. Zaradi spreminjanja podnebja in globalizacije predvidevajo, da bodo izbruhi glivnih bolezni rastlin vse obsežnejši in resnejši, kar predstavlja veliko tveganje za svetovno proizvodnjo hrane in lahko močno vpliva na socialno in ekonomsko blaginjo. Da bi zagotovili trajno varnost preskrbe s hrano in zmanjšali izgubo pridelkov in donosa za naraščajoče svetovno prebivalstvo, je nujno potrebno vzgojiti kmetijske rastline z dolgotrajno odpornostjo na rastlinske bolezni, zato se v sodobnem žlahtnenju rastlin uveljajo nove strategije in tehnologije. Tako se v raziskavah odpornosti rastlin vedno bolj uveljavlja efektoromika, kot visoko zmogljiv pristop funkcijske genomike, ki izrablja efektorje za odkrivanje in funkcijsko karakterizacijo rezistenčnih (R) rastlinskih genov in je tudi glavna tematika tega projektnega predloga. Efektorji so na splošno definirani kot izločene molekule patogenih organizmov, ki spreminjajo strukturo in funkcijo celic gostitelja, s čimer omogočijo okužbo (toksini, hidrolitični encimi) in / ali sprožijo obrambni odziv gostitelja (avirulenčni proteini). Nabor glivnih efektorjev je kompleksen in stalno se spreminjajoč ter se odraža tudi v načinu življenja patogenih gliv. Glive iz rodu Verticillium spp. so v zemlji živeče hemibiotrofne sordariomicetne glive, ki povzročajo bolezen verticilijske uvelosti in s tem močno ogrožajo proizvodnjo krompirja, paradižnika, solate, cvetače, jagodičevja, oljne ogrščice, oljk, bombaža, lana, sadnega drevja in hmelja. Zato so naša prizadevanja usmerjena v povečanje odpornosti rastlin na to bolezen, pri čimer je ključno dobro poznavanje molekularnih in celičnih mehanizmov patogeneze ter imunskega sistema rastlin. Glavni cilji naših raziskav so določitev funkcije efektorjev glive V. nonalfalfae, odkritje njihovih molekularnih tarč v modelnih in gostiteljskih rastlinah ter določitev 3D strukture določenih efektorjev. Za dosego teh ciljev bomo najprej potrdili izražanje efektorskih proteinov v rastlinah in ločili apoplastne od citoplazemskih efektorjev. V nadaljevanju bomo z rekombinacijskim kloniranjem pripravili rekombinantne efektorske proteine, preverili njihovo sposobnost sprožitve rastlinskega obrambnega odziva ter določili njihovo subcelično lokalizacijo. Poleg tega bomo podrobno preučili in opredelili rastlinske molekule in proteine, s katerimi interagirajo glivni efektorji. Nazadnje bomo določene glivne efektorje tudi biofizikalno okarakterizirali ter jim poskušali določiti tridimenzionalno strukturo. Pri tem bomo uporabili različna bioinformacijska orodja, klasične molekularno biološke in mikrobiološke tehnike ter številne sodobne metode, kot so dvohibridni sistem kvasovk, bimolekularna fluorescenčna komplementacija, konfokalna mikroskopija, površinska plazmonska resonanca, tekočinska kromatografija s tandemsko masno spektrometrijo, termoforeza, diferenčna dinamična fluorimetrija, proteinsko modeliranje in kristalografsko določanje strukture. Ta multidisciplinaren projekt bo potekal v sodelovanju različnih raziskovalnih skupin iz Slovenije, kot tudi strokovnjakov iz Nemčije in Škotske (VB). Projekt bo bistveno prispeval k napredku biologije efektorjev, molekularne fitopatologije in mikrobiologije. Ponudil bo nov vpogled v temeljne rastlinske mehanizme in neznane procese v obrambi gostitelja, ki so bistvenega pomena za virulenco gliv iz rodu Verticillium spp. Z rentgensko kristalografijo določene 3D strukture nekaterih efektorjev bodo služile kot predloge v študijah sidranja ligandov, da bi odkrili molekule, ki bi jih lahko agrokemična podjetja izrabila pri načrtovanju novih protiglivnih spojin.
Pomen za razvoj znanosti
Namen projekta je pridobitev znanja o infekcijskih strategijah fitopatogene glive V. nonalfalfae, obrazložiti molekularne in celične mehanizme interakcij med gostiteljem in patogenom (V. nonalfalfae in hmelj, Arabidopsis, tobak) in proučiti rastlinski imunski odziv za študij glivne patogeneze in odpornostnega potenciala hmelja. Rezultati projekta bodo tudi doprinesli k širšemu razumevanju poznavanja mehanizmov patogenosti Verticillium spp. ter k poznavanju odpornosti rastlin na vrste vaskularnih gliv rodu Verticillium. Menimo, da so tovrstna znanja bistvena za vzpostavitev varstva kmetijskih rastlin v okviru trajnostne pridelave ter za razvoj učinkovite strategije za obvladovanje bolezni brez škodljivih učinkov na zdravje ljudi, na biotsko raznovrstnost in na okolje. Ta znanja so prav tako neobhodna za učinkovito žlahtnjenje rastlin za odpornost na škodljive organizme.   V projektu bomo določali funkcijo identificiranim in bioinformacijsko napovedanim kandidatnim sekretornim efektorskim proteinom (CSEPs) V. nonalfalfae iz predhodnih študij. CSEPs bomo določali funkcijo s pomočjo srednje zmogljivega pristopa z uporabo A. thaliana in N. bethamiana (CSEPs razdelitev na apoplastne in citosolne efektorje, njihova subcelična lokalizacija in in vitro reakcije rastlin na okužbo z infiltracijo efektorjev) in s tem prispevali k razvoju področja biologije efektorjev in raziskavam rastlinske patologije. Nadalje bomo določili rastlinske tarče CSEPs v modelnih in gostiteljski rastlin s pomočjo Y2H presejanja in afinitetnim čiščenjem in s tem bomo poskušali pojasniti interakcije z vidika temeljnih mehanizmov rastline in z vidika do sedaj neznanih procesov v obrambi rastline kar je ključnega pomena za poznavanje virulence V. nonalfalfae. Identificirani CSEPs V. nonalfalfae, ki nimajo podobnosti s proteini poznane 3D strukture, kar je ključnega pomena za poznavanje funkcije, bodo analizirani z rentgensko kristalografijo in bomo tako pridobili informacije o njihovi 3D strukturi. Na novo identificirane 3D strukture proteinov bodo znatno pripomogle pri razvozlanju načina delovanja glivnih efektorjev ter bodo, glede na pomanjkanje 3D struktur,  v pomoč znanstvenikom, ki delujejo na tem področju. Poznavanje 3D strukture glivnih efektorjev je zanimivo tudi za študije umeščanja ligandov in s tem identifikacijo molekul, ki lahko interagirajo z efektorji in bi kot take služile za razvoj antiglivnih komponent, ki bi bile uporabne v kmetijstvu.   V okviru projekta pa si želimo tudi dodatno izboljšati našo znanstveno odličnost izkazano s publiciranjem znanstvenih del (visoko uvrščene publikacije, kakovostno podiplomsko usposabljanje), izboljšavo odličnosti v  raziskavah in inovacijah (povečanje števila patentnih prijav, razvoj novih izdelkov , procesov in storitev, prenosa tehnologij) in z vzpostavitvijo med-sektorskega sodelovanja širitev načel dobre prakse na obstoječe in širše znanstveno okolje.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagan projekt se sklada s Slovensko strategijo pametne specializacije (S4), 2.2. Naravni in tradicionalni viri za prihodnost, 2.2.2. Trajnostna pridelava hrane, 2.2.2.2 Tehnologije za trajnostno rastlinsko in živinorejsko proizvodnjo, ki se osredotoča na pridelavo varne hrane in uporabo obnovljivih naravnih virov v industriji. Projekt tako vključuje strateške in politično definirane prioritete aplikativno orientiranih raziskav v okviru S4, kar se odraža v velikem potencialu rasti v raziskavah in inovacijah. Uspešna realizacija našega projekta nam bo omogočila upravljanje z naprednimi znanstvenimi ekspertizami, ki bodo z integracijo hitro rastočih 'life science' tehnologij (biotehnologija, sintetična biologija) pripeljale do rešitev s katerimi bomo lahko v najbolj trajnostnem slogu reševali probleme, ki jih povzročajo fitopatogeni. Naš projekt je osredotočen na interakcije glivnih patogenov in hmelja vendar pa je celosten pristop reševanja problema (npr. pojav novih uničujočih rastlinskih patogenov zaradi agronomskih tehnologij, globalizacije ali klimatskih sprememb itd.) prenosljiv tudi na ostale sisteme rastlina-patogen.   Prenos rezultatov projekta se bo odražal v koristi različnih deležnikih (žlahtnitelji, pridelovalci, prodajalci, strokovne državne in podporne službe). Odkritje novih rastlinskih interaktorjev vpletenih v rezistenco na Verticilijsko uvelost bo omogočilo razvoj efektivnih markerjev za pospešeno žlahtnjenje rastlin na odpornost, kar bo pridelovalcem hmelja priskrbelo odporne sorte, ki predstavljajo najbolj efektiven način nadzora nad Verticilijsko uvelostjo. Rezultati tega projekta bodo v pomoč vladnim organizacijam pri postavljanju novih smernic in strategij za upravljanje kmetijskih praks orientiranih k zatiranju izbruhov močno viruletnih patogenov. Poleg tega bo karakterizacija efektorjev patogenov omogočila razvoj novih, hitrejših in cenovno ugodnejših diagnostičnih metod za rutinsko uporabo pri fitopatoloških storitvah.   Poleg pridobivanja novega znanja je ambicija projekta graditev prijaznega raziskovalnega okolja, ki bo študentom in mlajšim raziskovalcem omogočal dostop do vrhunske raziskovalne infrastrukture in do tekmovalnega raziskovalnega okolja z usposabljanjem v kritičnem razmišljanju, podjetniški spretnosti in inovativnemu raziskovanju tako, da bi s tem ponujal priložnost za izrabo inovacijskih potencialov v novih raziskavah in pri vzpostavljanju novih raziskovalno zasnovanih podjetij (spin-off, start-up).
Najpomembnejši znanstveni rezultati Vmesno poročilo, zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Vmesno poročilo, zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno