Projekti / Programi
Odkrivanje strukturnih in dinamičnih lastnosti mehanizmov rastlinskega odgovora z uporabo pristopov sistemske biologije
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.05 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
Rastlinska biotehnologija |
| 2.07.00 |
Tehnika |
Računalništvo in informatika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B110 |
Biomedicinske vede |
Bioinformatika, medicinska informatika, biomatematika, biometrija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.04 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijska biotehnologija |
| 1.02 |
Naravoslovne vede |
Računalništvo in informatika |
navadni repnjakovec, krompir, imunski odziv, sistemska biologija, mrežna biologija, matematično modeliranje, motivi, moduli
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
34502 |
dr. Živa Ramšak |
Biologija |
Vodja |
2019 - 2022 |
118 |
Organizacije (1)
Povzetek
Rastline so v neprekinjenem boju s svojim okoljem in različnimi patogenimi dejavniki. Za razvoj trajnih in okolju prijaznih sistemov varstva rastlin, moramo nenehno povečevati naše znanje o tem, kako se rastline ubranijo pred temi dejavniki. V centru rastlinske obrambe je široko signalizacijsko omrežje, ki združuje več fitohormonov, katerih usklajeno delovanje so izidi, koristnih bodisi za rastlino ali njen stresor. Za boljše razumevanje teh odgovorov, je potrebna analiza tako strukturnih kot dinamičnih lastnosti tega signalizacijskega omrežja, saj nam samo taka analiza da popolno sliko opazovanega sistema. V tem projektu želimo to doseči z uporabo multidisciplinarnega sistemskega biološkega pristopa, ki ga bomo aplicirali na javno dostopnem znanju iz modelne rastline Arabidopsis thaliana in poljščine krompirja (Solanum tuberosum). Z uporabo pristopov teorije grafov na omrežjih bomo tako najprej preučili strukturne lastnosti omrežij (stopnje, motive) obeh rastlin ter uporabili pristope napovedovanja novih povezav v omrežjih. Rezultate strukturnih analiz bomo dopolnili s preučevanjem dinamike omrežja s pristopi matematičnega modeliranja (ocenjevanje vrednosti parametrov in generacije genomskih metabolnih mrež). Končno bomo zasnovali ustrezne poskuse, ki nam bodo dali oceno o napovedni vrednosti hipotez, katere bo generiral naš kombinirani pristop. Rezultati našega integrativnega pristopa bodo tako (1) doprinesli novo znanje v kompleksno delovanje rastlinskega odgovora in (2) povečali zmožnosti prenosa znanja iz modelnih rastlin na poljščine. To pa nas bo pripeljalo korak bliže k doseganju rešitev trajnostnih izzivov, s katerimi se človeštvo se sooča v sedanjem stoletju.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati projekta bodo ustvarili globlji vpogled v mehanizme rastlinske mitigacije stresnih situacij, ki so rezultat različnih okoljskih dražljajev. Analiza kompleksnega rastlinskega signalizacijskega omrežja nam bo dala nova znanja o mehanizmih, ki nadzorujejo tako biotsko kot abiotsko stresno prilagajanje in sposobnost sprožanja velikih sprememb v genskem izražanju z obsežnim reprogramiranjem metabolizma. Raziskave na modelni rastlini Arabidopsis thaliana nam po eni strani ponujajo pomemben vpogled v prilagajanje rastlin okolju, po drugi strani pa bo analiza poljščine olajšala prevajanje novega znanja. To nam bo pomagalo odgovoriti na agronomsko pomembna vprašanja, zlasti tista, ki so povezana z gojenjem rastlin z večjim pridelkom na polju. Predlagani multidisciplinarni sistemsko biološki pristop nam bo prav tako omogočil vključitev časa, kot zelo pomembne komponente, s katero bomo lahko opazovali in analizirali emergentne lastnosti našega sistema. Boljše razumevanje dinamičnih lastnosti sistema, pa bo nenazadnje vodilo v preboj v smeri razumevanja mehanizmov signalizacije v odzivih na odziv na stres in tako k večjim možnostim neposredne manipulacije teh procesov za specifične okoljske prilagoditve. S tem bomo lahko v prihodnosti vzgajali bolj odporne rastline, tako povečali donos pridelka, kar je nujno potrebno za preprečevanje negativnih vplivov, ki jih imajo podnebne spremembe in škodljivci na pridelavo pridelkov danes.
Pomen za razvoj Slovenije
Project results will generate deeper insights into stress-mitigating mechanisms that plants use in response to various environmental stimuli. As biotic and abiotic stress adaptation in plants is under the control of a complex signaling network, its analysis will shed novel insights on the mechanisms that govern its ability to orchestrate massive changes in gene expression and extensive metabolism reprogramming. While Arabidopsis research can provide significant insights in terms of plant adaptation to its environment, inclusion of a crop species will ease the translation of new-found knowledge to help answer agronomically important questions, particularly those related to breeding for higher performance under field conditions. The proposed multidisciplinary systems biology approach will allow us to incorporate the very important time scale component, by which we will be able to observe and analyse the emergent properties of our examined system. Our better understanding of the dynamical properties of the system will in turn lead to a breakhrough towards understanding signaling mechanisms in plant stress responses, and would lead increased opportunities in direct manipulation of these processes for specific environmental adaptations to achieve increased yield performances, which is needed, in order to avert the negative impact of climate change and pests on crop productivity via breeding more resilient crops.
