Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Odkrivanje mehanizmov učinkovitosti in specifičnosti imunske signalizacije v krompirju z inovativnim pridobivanjem podatkov in modeliranjem

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
4.06.05  Biotehnika  Biotehnologija  Rastlinska biotehnologija 

Koda Veda Področje
B006  Biomedicinske vede  Agronomija 

Koda Veda Področje
4.04  Kmetijske vede in veterina  Kmetijska biotehnologija 
Ključne besede
krompir, Potyviridae, koloradski hrošč, sintezna biologija, sistemska biologija, biosenzorji, imunski odziv, prostorskočasovna analiza
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (13)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  19116  dr. Špela Baebler  Biotehnologija  Raziskovalec  2019 - 2023  313 
2.  14360  dr. Mojca Benčina  Biotehnologija  Raziskovalec  2019 - 2023  392 
3.  34130  dr. Anna Coll Rius  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2019 - 2023  163 
4.  36426  dr. Anja Golob Urbanc  Biotehnologija  Raziskovalec  2019 - 2023  32 
5.  12688  dr. Kristina Gruden  Biotehnologija  Vodja  2019 - 2023  987 
6.  06628  dr. Roman Jerala  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2019 - 2023  1.191 
7.  36323  dr. Tjaša Lukan  Biologija  Raziskovalec  2019 - 2021  126 
8.  52428  Sanjin Lulić    Tehnični sodelavec  2019 - 2020 
9.  53734  Peter Pečan  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2020 - 2023  17 
10.  34502  dr. Živa Ramšak  Biologija  Raziskovalec  2021 - 2023  118 
11.  55061  Tina Strmljan    Tehnični sodelavec  2021 - 2023 
12.  39320  dr. Maja Zagorščak  Interdisciplinarne raziskave  Raziskovalec  2019 - 2023  58 
13.  27522  dr. Anže Županič  Sistemi in kibernetika  Raziskovalec  2019 - 2023  179 
Organizacije (2)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0105  Nacionalni inštitut za biologijo  Ljubljana  5055784  13.299 
2.  0104  Kemijski inštitut  Ljubljana  5051592000  21.067 
Povzetek
Razumevanje interakcij med rastlinami in patogeni/rastlinojedci je ključno za zagotavljanje trajne in okolju prijazne zaščite rastlin. Za eksperimentalni sistem smo izbrali krompir, kot eno izmed najpomembnejših kulturnih rastlin, ekonomsko najpomembnejši krompirjev virusni patogen, krompirjev virus Y in najpomembnejši insektni škodljivec krompirja koloradski hrošč (Leptinotarsa decemlineata L.). Napad patogenov ali škodljivcev v rastlinah sproži kompleksno signalizacijsko omrežje, ki modulira obsežne spremembe v izražanju genov in reprogramiranje metabolizma. Aktivacija rastlinske imunosti mora biti za uspešno obrambo hitra, učinkovita in usmerjena. Kombinacija signalnih modulov, ki se sproži v določenem patosistemu se razlikuje v jakosti odziva posameznega modula in časovnem sosledju odziva posameznih komponent, kar vodi v specifičnost odziva, z izidom, ki je lahko ugoden za rastlino ali njenega napadalca. Za razvozlanje mehanizmov imunskega signalizacijskega omrežja je torej razumevanje dinamičnih lastnosti sistema ključno. To bomo dosegli z uporabo interdisciplinarnega pristopa. Razvili bomo senzorske rastline krompirja, ki bodo omogočale natančno spremljanje prostorsko-časovnih odzivov na napad patogena ali škodljivca v rastlinskih celicah in vivo. S tem pristopom pridobljeni podatki bodo primerni za matematično modeliranje odzivov, sledeč paradigmi sistemske biologije in s tem identifikacije lastnosti signalizacijskega omrežja, ki so ključne za uspešno obrambo. Poleg tega bodo nove tehnologije, razvite tekom projekta, omogočale hitrejšo implementacijo sintezne biologije v znanostih o rastlinah, ki trenutno zaostaja v dostopnosti njenih gradnikov.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave imunske signalizacije so v preteklosti pogosto vodile v kontradiktorne sklepe. Primer je interakcija med JA in SA signalizacijo, kjer večina rezultatov kaže na antagonizem ko nekatere raziskave poročajo o sinergizmu.  Zanimivo je tudi to, da so se iste komponente imunske signalizacije odzvale tako pri občutljivih kot pri odpornih patosistemih, čeprav ob različnem času in z različno intenzivnostjo. To kaže, da lastnosti omrežja pomembno prispevajo k izidu interakcije. V okviru projekta bomo prvič omogočili vpogled v dinamiko odziva z uporabo sintetične in sistemske biologije, kar bo predstavljajo preboj k izboljšanem razumevanju signalizacije pri obrambnem odgovoru. Z uporabo orodij razvitih znotraj projekta, vektorjev, protokolov in novih senzorskih rastlin bomo odprli nove raziskovalne smeri. Izvirnost pristopa v predlaganem projektu se kaže v uporabi fluorescentne senzorske tehnologije, s čimer bo omogočeno in vivo spremljanje natančnih prostorsko-časovnih odgovorov imunske signalizacije pri krompirju. To bo hkrati z analizami odziva z visoko prostorsko-časovnimi ločljivostjo omogočilo vzorčenje celic, ki so v isti fazi odziva ter njihovo netarčno analizo. Tako zbrani podatki bodo s pomočjo matematičnega modeliranja dali vpogled v kompleksne povezave med različnimi signalizacijskimi potmi v imunskem odgovoru rastlin. To znanje bo uporabno za načrtovanje novih strategij pri zaščiti rastlin za kvantitativno ali trajnostno obliko odpornosti. Poleg tega pod razviti senzorji uporabni za preučevanje odziva rastlin na druge stresorje in različne kombinacije le-teh, kar bo pripomoglo k izboljšanemu razumevanju delovanja rastlin v določenih razmerah v njihovem naravnem okolju. Rezultati predlaganega projekta bodo pospešili implementacijo sintetične biologije na področju znanosti rastlin. Novo izdelani vektorji in senzorji bodo uporabi na vseh področjih znanosti rastlin in bodo prispevali tako k razvoju rastlinske sintetične biologije kot tudi pri različnih biotehnoloških aplikacijah.
Pomen za razvoj Slovenije
Studies of immune signalling have in the past often lead to contradictory conclusions. One example is the interaction between JA and SA signalling, with the majority of results showing antagonism while in some studies synergism was reported. Moreover, the same components of immune signalling were found to respond both to susceptible as well as in resistant pathosystems, albeit with different timing and intensity. This shows that the network properties are important for the outcome of the interaction. With the proposed project we will, for the first time, enable insights into dynamics of the response using a combination of synthetic and systems biology. Altogether this will represent a breakthrough towards an understanding of the signalling mechanisms in defence.   The project will, with the development of vectors, protocols and novel sensing potato plants, open new research directions. The originality of the proposal lies in using fluorescent sensor technology to monitor in vivo precise spatiotemporal response of immune signalling network. In addition to high-resolution spatiotemporal monitoring of response, sensors will allow collection of cells in the same stage of response and in the next step their in-deep non-targeted analysis. Data collected at high spatiotemporal-resolution will, through mathematical modelling, give an insight into the complex immune signalling network regulation.  This knowledge will be further used to design new strategies for crop protection, based on quantitative and more sustainable form of resistance. The developed sensor plants will be easily used to study plants exposed to other stresses and also a combination thereof, which will lead to improved understanding of the plant performance in field conditions. Using such approach, plants resilient to different environmental stresses in long term can be designed. The results of the proposed project will also facilitate the implementation of synthetic biology concepts in plant sciences. Newly constructed vectors and sensors are applicable in any area of plant sciences and will contribute both to developments in plant synthetic biology as well as in different biotechnological applications.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zgodovina ogledov
Priljubljeno