Loading...
Projekti / Programi vir: ARRS

Flavonoidi in njihova sinteza kot mehanizmi odpornosti jablan na jablanov škrlup

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
4.03.00  Biotehnika  Rastlinska produkcija in predelava   

Koda Veda Področje
B006  Biomedicinske vede  Agronomija 
B390  Biomedicinske vede  Fitotehnika, hortikultura, zaščita pridelka, fitopatologija 
Ključne besede
sekundarni metaboliti, fenoli, jablana, jablanov škrlup, HPLC-MS, encimi
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (11)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacij
1.  14033  dr. Metka Hudina  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2008 - 2009  601 
2.  25505  dr. Jerneja Jakopič  Rastlinska produkcija in predelava  Mladi raziskovalec  2008 - 2010  167 
3.  23631  dr. Maja Mikulič Petkovšek  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2008 - 2009  341 
4.  14541  dr. Gregor Osterc  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2008 - 2009  318 
5.  17771  Dragutin Plasajec    Tehnični sodelavec  2008 - 2009  42 
6.  20496  Tomaž Pliberšek    Tehnični sodelavec  2008 - 2009 
7.  29419  dr. Valentina Schmitzer  Rastlinska produkcija in predelava  Mladi raziskovalec  2008 - 2010  139 
8.  07552  dr. Anita Solar  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2008 - 2009  491 
9.  06404  dr. Franci Štampar  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2008 - 2009  1.165 
10.  11759  dr. Valentina Usenik  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2008 - 2009  385 
11.  20165  dr. Robert Veberič  Rastlinska produkcija in predelava  Vodja projekta  2008 - 2010  518 
Organizacije (1)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacij
1.  0481  Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta  Ljubljana  1626914  64.086 
Povzetek
Jablanov škrlup, ki ga povzroča gliva Venturia inaequalis /Cooke/ G. Winter, je v svetovnem merilu ena izmed najbolj razširjenih bolezni na jablani. Bolezen povzroči občutno zmanjšanje pridelka in degradacijo kvalitete plodov. Glavni načini zatiranja oziroma omejevanja te bolezni so pogostna uporaba fungicidov, sajenje odpornih ali tolerantnih genotipov ter povečanje odpornosti jablan s škropljenjem dreves s snovmi, ki stimulirajo mehanizme odpornosti rastlin. Kljub intenzivnim raziskavam v zadnjih 50 letih je biokemijski princip odpornosti na škrlup še vedno neznan. Fenolne snovi in med njimi zlasti flavonoidi igrajo pomembno vlogo pri odpornosti jablan na jablanov škrlup. Sinteza fenolnih snovi pri odpornih sortah uspešno zadrži infekcijo, medtem ko pri občutljivih sortah pride do kasnejšega odziva ali pa je ta odziv neučinkovit. Fenoli se lahko oksidirajo in reagirajo s proteini ter tako povzročijo inaktivacijo encimov in s tem zmanjšajo življenjsko sposobnost agresorja. Njihova druga funkcija pa je v nalaganju znotraj celičnih sten in tako predstavljajo mehansko oviro za prodirajoče hife. Fenilalanin amonijak liaza (PAL) encim katalizira spremembo aminokisline fenilalanin v cimetno kislino, ki je pomemben prekurzor za širok spekter fenolov, ki imajo med drugim tudi strukturno in obrambno funkcijo in vključujejo flavonoide, fitoaleksine in lignin. Derivati cimetne kisline so tako prekurzorji za številne fenolne skupine in zato aktivnost encima PAL nudi samo omejeno informacijo o sintezi posameznih flavonoidov. Za popolnejšo sliko sprememb v metabolizmu fenolov, kot posledici odziva rastline na infekcijo, je potrebno določiti aktivnost encimov tudi na drugih stopnjah sinteze. Z našo raziskavo hočemo podrobno ugotoviti odziv rastline na infekcijo z glivo jablanovega škrlupa. S pomočjo analize HPLC-MS bomo detektirali fenole, ki se ob infekciji povečajo prav tako pa hočemo ugotoviti aktivnost ključnih encimov v sintezni poti fenolov s poudarkom na veliko skupino flavonoidov. Z znanjem o sintezni poti fenolov in njihovem odzivu na okužbo bomo pridobili znanje o različnih pristopih in orodjih, ki jih imamo na razpolago za spreminjanje metabolnih poti s ciljem doseči določen fenolni profil, ki rezultira v večji odpornosti na škrlup. To bo omogočalo, da bomo lahko s tehnološkimi ukrepi stimulirali zgodnji odziv rastline ter dosegli večjo tolerantnost ter zmanjšali uporabo fungicidov v pridelavi jabolk.
Pomen za razvoj znanosti
Razvili in optimizirali smo metodo določanja posameznih fenolnih spojin na tekočinskem kromatografu visoke ločljivosti z masnim spektrom. Na ta način smo analizirali vse glavne fenolne komponente, ki so zastopane v listih in plodovih jablane. Z rezultati posameznih poskusov v celotni študiji smo prišli do številnih za znanost pomembnih ugotovitev, ki smo jih uspešno objavili v mednarodnem tisku in predstavili na raznih znanstvenih in strokovnih srečanjih. Rezultati so pokazali, da je okužba z jablanovim škrlupom značilno spremila fenolni vzorec v rastlinskem tkivu. Vsebnosti skoraj vseh analiziranih fenolnih snovi so se zaradi okužbe s škrlupom povečale. Največje povečanje je opaziti pri hidroksicimetmih kislin, celo do 4,9 krat v primerjavi z zdravim tkivom, sledijo flavan-3-oli, ki so se pri okužbi povečali do 2,8 krat ter dihidrohalkoni za 1,4 krat. V sodelovanju z raziskovalci Tehnične univerze na Dunaju smo na novo vpeljali tudi metode določanja encimske aktivnosti številnih pomembnih encimov fenilpropanoidnega metabolizma v kožici plodov. Analizirani encimi so bili naslednji: fenilalanin amoniak liaza (PAL), flavanon 3-hidroksilaza (FHT), dihidroflavonol 4-reduktaza (DFR), flavonol sintaza (FLS), halkon sintaza (CHS), halkon izomeraza (CHI), dihidrohalkon 2-O-glukoziltransferaza (D2GT) in peroksidaza (POD). Rezultati meritev encimskih aktivnosti, kažejo da je okužba povzročila značilno višje encimske aktivnosti večine analiziranih encimov v okuženem tkivu v primerjavi z zdravim tkivom. Na splošno imajo mladi rastlinski deli, tako listi kot tudi plodovi višjo encimsko aktivnost in večje koncentracije fenolov, kar je povezano z njihovo večjo odpornostjo na patogene. Primerjava ekološkega in integriranega načina pridelave je pokazala večji nivo fenolov in višjo antioksidativno aktivnost v bioloških jabolkih v primerjavi z jabolki pridelanimi na integriran način. Naši rezultati so pokazali, da se rastlina na stresne dejavnike, npr. okužbo s škrlupom ali ekološki način pridelave, odzovejo s povečano sintezo hidroksicimetnih kislin in flavonoidov. S pomočjo le-teh lahko rastline razvijejo lastni obrambni mehanizem proti patogenom. Naši rezultati pomembno prispevajo k natančnejšemu poznavanju fiziologije in metabolizma sekundarnih metabolitov v jablani v povezavi z glivo Venturia inaequalis.
Pomen za razvoj Slovenije
Jablanov škrlup, ki ga povzroča gliva Venturia inaequalis, je še vedno najbolj pereča bolezen jablane. Zaradi številnih obveznih škropljenj dreves s fungicidi, še posebej v mokrih letih predstavlja velike finančne stroške kot tudi precejšnje obremenitve okolja. Znanje o fenolnih spojinah in ključnih encimih, ki sodelujejo pri njihovi sintezi je nujno za preučevanje interakcije gostitelj-patogen, kar je posledično povezano z večjo odpornostjo rastline. Naši rezultati proučevanja mehanizmov naravne obrambe jablane pred omenjenim patogenom pomembno prispevajo k podrobnejšim znanjem na področju biotehničnih ved in vključevanju teh znanj v nove tehnološke postopke. Pozitivni učinki tretiranja dreves z natrijevim bikarbonatom, ki povzroči manjšo stopnjo okuženosti s škrlupom tako na listih kot plodovih, bi se lahko prenesli v sadjarsko prakso. Na ta način bi število škropljenj s fungicidi bistveno zmanjšali. Primerjava integriranega pridelovanja sadja z ekološko pridelavo je pokazala, da ima slednja višji nivo fenolnih komponent in večji antioksidativni potencial v jabolkih kot integrirana. Zato lahko iz prehranskega kot tudi zdravstvenega vidika priporočamo ekološko pridelavo, poleg tega pa je omenjena pridelava prijaznejša do okolja in prostoživečih organizmov, saj je vnos sintetičnih pesticidov in gnojil prepovedan. Pomen sekundarnih metabolitov pri pridelavi kakovostnega in zdravega sadja je izjemno velik, saj se zaradi njihovega učinka na povečano odpornost rastlin zmanjša uporaba fungicidov in insekticidov v sadjarski pridelavi. Ker se dandanes vse bolj uveljavlja potreba po ekološkem pridelovanju hrane, tako zaradi zdrave prehrane, učinkovitejše rabe energije kot tudi ohranjanja okolja, je pomembna pridelava tistih sort kmetijskih rastlin, ki omogočajo opuščanje uporabe fungicidov in insekticidov. Vsi omenjeni cilji pa privedejo k kvalitetnejšemu trajnostnemu razvoju.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2008, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2008, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Zgodovina ogledov
Priljubljeno