Projekti / Programi
Raziskave ionske homeostaze pri rastlinah s pomočjo mapiranja elementov v tkivih z lasersko ablacijo in induktivno sklopljeno plazmo z masno spektroskopijo
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.03.00 |
Naravoslovje |
Biologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B004 |
Biomedicinske vede |
Botanika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.06 |
Naravoslovne vede |
Biologija |
Rastlinska fiziologija, ionska homeostaza, modelne rastline, elementno mapiranje, laserska ablacija, mikoriza, inokulacija, stres pri rastlinah, živo srebro, selen
Raziskovalci (17)
Organizacije (3)
Povzetek
Namen projekta je razvoj protokolov za 2D in 3D mapiranje elementov v bioloških vzorcih z LA-ICPMS, s pomočjo katerih bomo lahko na osnovi mapiranja elementne sestave tkiv poiskali povezave med strukturo tkiv in ionskimi metabolnimi potmi v rastlinskih tkivih. Večelementno mapiranje z LA-ICPMS je na znanstvenem področju fiziologije rastlin novejša mikroanalitska metoda, ki omogoča lateralno in globinsko mapiranje porazdelitve elementov v tkivih z visoko občutljivostjo, točnostjo in natančnostjo. S pomočjo skeniranja oz. “vrtanja” z laserskim žarkov po vzorcu oz. v globino vzorca, je možno ustvariti 2D in 3D slike porazdelitve elementov. V okviru projekta bomo tako s pomočjo rešitev, ki se tičejo tako strojne kot programske opreme, skrajšali čas eksperimentalnega dela, povečali lateralno ločljivost in izboljšali protokole za kvantitativno analizo. Kot vzorčni primer uporabe LA-ICPMS sistema v rastlinski fiziologiji, bomo določali akumulacijo, lokalizacijo in porazdelitev Hg v koreninah izbranih kulturnih rastlin tretiranih s Hg in različnimi kemijskimi oblikami selena in/ali inokuliranih z arbuskularno mikoriznimi (AM) glivami (Hg tolerantnimi in netolerantnimi), dobljene rezultate pa bomo povezali z možnimi razstrupljevalnimi in tolerančnimi mehanizmi v rastlinskih tkivih. Eksperimentalni načrt nam bo omogočil tudi testiranje učinkovitosti AM rastlin za ekološko remediacijo s Hg onesnaženih področji in uporabo AM gliv za znižanje vnosa in akumulacije Hg v rastlinskih tkivih ter zmanjšanje biodostopnosti Hg v tleh kot v rastlinskih tkivih.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati raziskav v zvezi z lasersko ablacijo ICP-MS za elementno mapiranje bioloških tkiv so bili uspešni po razvoju nove metode mapiranja s katero se izognemo spominskemu efektu živega srebra. Razvoj abalcijske celice za ultra hitro 2D in 3D mapiranje bo najverjetneje revolucija v mapiranju bioloških, biokemijskih ipd. vzorcev, po komercialno uporabni celici, ki jo bo proizvajal Teledyne Cetac Technologies. V kombinaciji z edinstvenimi protokoli večkratnega vzorčenja na istem mestu z možnostjo reverzne kalkulacije LA parametrov iz signala (s pomočjo dekonvolucije), je ta proces trenutno najhitrejši in ima najvišjo prostorsko ločljivost v LA mapiranju na svetu. Lokalizacija Hg v koreninah rastlin je pokazala, da pri rastlinah inokuliranih z AM iz Idrije, Hg koncentracije močno narastejo v korteksu korenin, kjer je gostota glivnih struktur največja. EXAFS analize so razkrile, da se Hg veže na –S ligande tako v koreninah kot tudi na izoliranih temno septiranih endofitih, tretiranih z HgCl2. To je dokaz da mikoriza igra pomembno vlogo pri kompleksaciji Hg. Do sedaj nismo uspeli dokazati Hg-Se kompleksacije v rastlinskih tkivih, zato smo preučevali Hg-Se interakcije tudi v gobah, ki akumulirajo visoke koncentracije Hg in Se , ki sta kolokalizirana v himeniju. Hg je bil ponovno vezan na –S in –N ligande. Hg-Se kompleksi so bili najdeni le v manjšem številu. Hg koncentracije v poganjkih testnih rastlin so bile nizke, kar pomeni, da je tudi kompleksacija Hg z -S ligandi učinkovit razstrupljevalni mehanizem, ki prepreči akumuliranje Hg v užitnih delih rastlin, in posledično zmanjša stopnjo biomagnifikacije Hg v prehranjevalnih verigah.
Pomen za razvoj Slovenije
Projektna skupina se je predstavila v bolj poljudni znanstveni literaturi s člankom »Razkritje skrivnostnega življenja rastlin«, ki je bil del uveljavljenega mednarodnega konzorcija, ki poskuša razkriti elementno sestavo v rastlinskih tkivih z združitvijo znanstvenikov, ki poznajo pripravo vzorcev in tehnike mapiranja kot so PIXE, sinhrotronske tehnike in LA-ICP-MS (International Innovation, Environment, Aug. 2013, p 20). Projektna skupina je prav tako ustanovila internetno stran (www.AICO.si), z opisnim akronimom AICO (Analytical Imaging COnsortium), ki združuje vse znanje o elementnem in molekularnem mapiranju, pridobljenem tekom projekta. Želimo pridobiti nove člane na področju mapiranja, da povečamo naše možnosti zunanjega (evropskega) financiranja in se predstavimo kot organizirana skupina, ki se ukvarja z mapiranjem in je odprta za kolaborativne raziskave. Eden od članov projektne skupine (Primož Pelicon) ja bil organizator mednarodne BIOPIXE8 konference (14.-19. september 2014, Bled, Slovenija - www.rcp.ijs.si/biopixe8), na katerem je imela druga članica projektne skupine (Katarina Vogel-Mikuš) vabljeno predavanje (Studies of trace element homeostasis in plants using complementary X-ray and mass spectrometry based techniques). Za naslednje leto (12.-15. julij 2016, Ljubljana, Slovenija) je bil član projektne skupine (Johannes T. van Elteren) naprošen, da oganizira European Workshop on Laser Ablation s poudarkom na tehnikah mapiranja z LA (www.ewla2016.ki.si). Med potekom projekta in tudi sedaj, ko je projekta konec, številni dodiplomski, podiplomski in doktorski študentje še vedno delajo na tej temi. Tudi mnogi tuji raziskovalci iz različnih univerz oz. inštitutov so bili na različne načine vključeni v projekt, kar se ni poznalo le na znanstvenih publikacijah, ampak tudi ne še vedno aktualnih kolaboracijah (Univerza v Ghentu, Univerza v Novi Gorici, Katoliška univerza v Louvainu, iThemba LABS, južna Afrika) in načrtih za prihodnja sodelovanja na področju mapiranja.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
