Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Kompromisi obrambe in razvoja v večtrofični interakciji med krompirjem in dvema glavnima škodljivcema

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
4.06.05  Biotehnika  Biotehnologija  Rastlinska biotehnologija 

Koda Veda Področje
T490  Tehnološke vede  Biotehnologija 

Koda Veda Področje
1.06  Naravoslovne vede  Biologija 
Ključne besede
krompir, Solanum tuberosum, krompirjev virus Y, koloradski hrošc, Leptinotarsa decemlineata, vectroficne interakcije, omske tehnologije, bioinformatika, obramba rastlin, adaptacija žuželk
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (20)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  19116  dr. Špela Baebler  Biotehnologija  Raziskovalec  2011 - 2014  310 
2.  06989  dr. Andrej Blejec  Matematika  Raziskovalec  2011 - 2014  287 
3.  34130  dr. Anna Coll Rius  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2012 - 2014  162 
4.  23399  dr. Tomaž Curk  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2014  253 
5.  12688  dr. Kristina Gruden  Biotehnologija  Vodja  2011 - 2014  983 
6.  28291  dr. Petra Kralj Novak  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2011 - 2014  130 
7.  08949  dr. Nada Lavrač  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2011 - 2014  867 
8.  03323  dr. Igor Mozetič  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2011 - 2014  184 
9.  29617  dr. Marko Petek  Biotehnologija  Raziskovalec  2011 - 2014  165 
10.  18467  dr. Maruša Pompe Novak  Biotehnologija  Raziskovalec  2011 - 2014  289 
11.  05229  dr. Maja Ravnikar  Biotehnologija  Raziskovalec  2011 - 2014  1.360 
12.  31175  Gregor Rot  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2011 - 2013  45 
13.  27503  dr. Ana Rotter  Biotehnologija  Raziskovalec  2011 - 2014  328 
14.  32253  dr. Borut Sluban  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2011 - 2014  41 
15.  29635  Katja Stare  Biologija  Raziskovalec  2011 - 2013  86 
16.  32092  dr. Tjaša Stare  Biokemija in molekularna biologija  Mladi raziskovalec  2011 - 2014  69 
17.  30142  dr. Marko Toplak  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2011 - 2014  27 
18.  34129  Neža Turnšek    Tehnični sodelavec  2012 - 2013  32 
19.  12536  dr. Blaž Zupan  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2011 - 2014  530 
20.  03765  dr. Jana Žel  Biotehnologija  Raziskovalec  2011 - 2014  619 
Organizacije (3)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0105  Nacionalni inštitut za biologijo  Ljubljana  5055784  13.315 
2.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  89.989 
3.  1539  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za računalništvo in informatiko  Ljubljana  1627023  16.002 
Povzetek
Rastlinski škodljivci in povzročitelji bolezni so vzrok za velike izgube pridelka po vsem svetu. Kljub intenzivni uporabi pesticide je škoda, ki jo povzročajo škodljivci vsako leto, ocenjena na 100 mio USD. Razumevanje odnosa med rastlino in povzročitelji bolezni in škodljivci je nujno za zagotavljanje učinkovitega sistema za zaščito rastlin. V zadnjih desetletjih je bilo pridobljenega veliko znanja o procesih napada in obrambe v enostavnih interakcijah ena rastlina – en škodljivec. Vendar pa v naravi rastline nikoli niso izpostavljene le enemu stresnemu dejavniku, temveč se morajo soočati s kombinacijo različnih dejavnikov kot so suša, različni povzročitelji bolezni in škodljivci hkrati. Nove visoko zmogljive metode molekularne biologije in funkcijske genomike omogočajo hkratno analizo velikega števila vzorcev, posledično pa dovoljujejo tudi analizo v bolj realističnih in kompleksnih eksperimentalnih pogojih. V okviru predlaganega projekta bomo raziskovali tritrofno interakcijo, ki bo vključevala krompir virus in škodljivca. Krompirjev virus YNTN (PVYNTN), ki povzroča obročkasto nekrozo gomoljev krompirja (Solanum tuberosum L.), je razširjen po vsej Evropi, Severni Ameriki in celo v nekaterih delih Azije. Ker povzroča bolezenska znamenja tako na nadzemnih delih rastline kot tudi na gomoljih, znatno zmanjšuje količino in tudi kakovost pridelka. Po drugi strani je koloradski hrošč najpomembnejši škodljivec krompirja v Evropi in Severni Ameriki. Rastline krompirja bodo najprej izpostavljene okužbi z virusom PVY in nato ličinkam koloradskega hrošča, kot kontrolo pa bomo opazovali rastline v posamezni interakciji z virusom in škodljivcem. Poleg rastlin krompirja divjega tipa bomo uporabili transgene linije krompirja, ki imajo bodisi spremenjene signalizacijske poti ali pa spremenjeno izražanje ključnih komponent obrambe. Eksperminentalna postavitev bo omogočala komunikacijo med rastlinami preko hlapnih substanc. Procese, ki se bodo odvijali v neposredno izpostavljenih tkivih (listi krompirja in prebavila hrošča) bomo spremljali na različnih stopnjah z uporabo najmodernejših tehnik. Profil izražanja genov bomo spremljali z uporabo sekvenciranja nove generacije in DNA mikromrež, za bolj natančen študij izražanja in potrditvene analize pa bomo uporabili PCR v realnem času. Znanje, pridobljeno na nivoju transkriptoma, bomo nadgradili s proteomskimi podatki. V skupini smo že vzpostavili sistem za analizo proteinskega profila z 2D-PAGE tako za liste krompirja kot tudi za prebavila hrošča. Doponili ga bomo s tarčno kvantitativno analizo s pomočjo masne spektrometrije nekaterih izbranih proteinov. Za analize proteoma listov krompirja pa bomo poizkusili vzpostaviti tudi sistem direktne (t.i. ‘shotgun’) proteomike listov krompirja, saj je prvi osnutek genoma krompirja pravkar postal javno dostopen, baza sekvenc pridobljenih na nivoju cDNA pa je zelo obsežna. 2D-nanokromatografijo, združeno z tandemsko masno spektroskopijo, bomo uporabili za kvalitativno in kvantitativno analizo proteinov v ekstraktih listov krompirja. Sproščanje hlapnih organskih substanc je pri rastlinah prav tako pomemben signal in tudi posredna obramba, saj rastline z njimi privlačijo predatorje ali parazitoide svojih škodljivcev.Za analizo podatkov bomo uporabili statistične modele, vse pridobljene podatke pa bomo skupaj z že prej dostopnimi podatki z bioinformatskimi orodji integrirali v izboljšane modele in/ali hipoteze preučevane tritrofične interakcije. Razumevanja interakcij med organizmi v naravnih sistemih bo s pomočjo naših raziskav dobilo povsem nove perspektive, saj so večtrofni sistemi ekološko bolj relevantni in iz poznavanja enostavnih interakcij ni mogoče predvideti obnašanja kompleksnega sistema. Pričakujemo, da bodo izsledki naših raziskav znatno premaknili način pojmovanja in dojemanja interakcij med rastlino in njenimi škodljivci in bodo tako vplivali na nadaljnje raziskave na tem področju kot tudi na razvoj biotehnoloških aplikacij.
Pomen za razvoj znanosti
V zadnjih desetletjih je bilo pridobljenega veliko znanja o razumevanju mehanizmov pri interakcijah z enim škodljivcem, bodisi rastlino z povzročitelja bolezni ali rastlino z škodljivcem. Vendar v naravi rastline niso nikoli izpostavljene zgolj enemu stresnemu dejavniku, ampak se vseskozi soočajo s kombinacijo različnih stresnih dejavnikov (npr. suša skupaj z različnimi povzročitelji bolezni ter škodljivci). Rezultati naših bioloških študij so pokazali, da delovanja več dejavnikov hkrati ne moremo predvideti kot preprosto kumulativno vsoto procesov, ki jih sproži le en od dejavnikov. V okviru projekta smo vzpostavili pot za dosego relevantnih agro-biotehnoloških rezultatov pri raziskavah krompirja in tudi ostalih prehransko pomembnih rastlin. Le tako zasnovane raziskave, ki obravnavajo biološke sisteme kot celota, lahko namreč pripomorejo k razumevanju kompleksne mreže interakcij, ki vladajo tako na nivoju posamezne celice kot tudi na nivoju rastline ali med različnimi vrstami v ekosistemu. Izvedba tako kompleksnih raziskav zahteva razvoj novih zmogljivih orodij molekularne biologije in bioinformatike, skupaj s pristopi sistemske biologije. Zaradi obstoječih tesnih povezav med komponentami izbranega sistema (npr. celica, rastlina, ekosistem), je vse bolj očitno, da necelovit pristop ne more voditi oz. ne vodi do relevantnih rezultatov za razumevanje delovanje izbranega sistema. V ta namen smo razvili številna orodja in aplikacije za analizo in integracijo eksperimentalnih podatkov, kot je npr. a de-novo vzpostavljen potek dela za kvantitativno analizo GC-MS podatkov iz rastlin krompirja, najsodobnejše metode integracije raznih omskih podatkov in predhodnega znanja z uporabo semantičnih analiz (Segmine in Biomine) za odkrivanje znanj. Le-te bodo relevantne in uporabne tudi pri ostalih biotehnoloških in medicinskih raziskovalnih področjih. Nenazadnje, naša razvita aplikacija GoMapMan ima velik pomen za znanstveno skupnost, kar potrjujejo številni accessions, prispevki anotacij in registriracija v Elixir Tools and Data Services Registry (https://elixir-registry.cbs.dtu.dk/#/) ter v Ontologies BioPortal (http://bioportal.bioontology.org/).
Pomen za razvoj Slovenije
Učinkovitost pridelave prehransko pomembnih poljščin v Sloveniji stagnira oziroma celo upada, zato je Slovenija v primerjavi z ostalimi državami Evropske unije med najslabšimi v smislu samozadostnosti. V Sloveniji pridelava krompirja sicer predstavlja drugi najbolj pomemben segment kmetijstva, takoj za žiti, vendar donosi in kakovost proizvodnje ne dosegajo ravni, značilnih za zahodnoevropske države. Krompir je ena izmed najbolj na stres občutljivih poljščin, zato je vzgoja odpornih sort, ki bo temeljila tudi na naših izsledkih, ključna za izboljšanje tako slovenskega kot tudi evropskega kmetijstva. Dodatni vidik predlagane raziskave je razvoj novih tehnologij za razumevanje kompleksnih bioloških poti. Vzpostavljeni metodološki principi so enostavno prenosljivi tudi na raziskave drugih bioloških sistemov, ki so zanimivi za partnerje iz farmacevtske in biotehnološke industrije. Takšen prenos znanja se je izkazal za zelo uspešnega v preteklem obdobju, ko je projektna skupina uspešno reševala probleme v farmacevtski industriji. Z namenom zagotavljanja boljšega pretoka informacij o sodobnih tehnologijah smo organizirali delavnico o pomenu sistemske biologije v družbi. Delavnica je bila zelo uspešna, udeležilo se jo je preko 100 udeležencev, vključujoč študente, srednješolske učitelje ter raziskovalce iz biotehnološke industrije in iz družboslovnih ved. Pri projektu so sodelovali številni doktorski študenti iz vseh treh udeleženih skupin, kar je prispevalo k izgradnji njihovega raziskovalno znanstvenega profila. Kot je bilo načrtovano, je bilo sodelovanje z našimi mednarodnimi partnerji okrepljeno preko kratkoročnih izmenjav raziskovalcev na začetku svoje kariere, kar je hkrati zagotavljalo enostaven prenos znanja med raziskovalnimi skupinami. Te projektne dejavnosti so se povečale, saj je bil projekt vključen v številne COST projekte, najbolj intenzivno v FA0804 ‘Plant virus control employing RNA-based vaccines: A novel non-transgenic strategy’, v BM1006 ‘Next Generation Sequencing Data Analysis Network’ in v FA 1106 ‘An integrated systems approach to determine the developmental mechanisms controlling fleshy fruit quality in tomato and grapevine’. Prav tako smo tesno sodelovali tudi pri vzpostavitvi Infrastrukture za sistemsko biologijo v Evropi (ISBE). Rezultati projekta so bili objavljeni v pomembnih znanstvenih revijah in predstavljeni na številnih mednarodnih znanstvenih srečanjih, kar je povečalo razpoznavnost slovenske raziskovalne odličnosti v mednarodnem prostoru. Dodatno, smo za širšo javnost organizirali delavnico na temo sistemske biologije in njene vloge, ki je bila namenjena različnim interesnim skupinam: industrijskim partnerjem, študentom, učiteljem, članom ministrstev in raziskovalcem iz različnih področij.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2011, 2012, 2013, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2011, 2012, 2013, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Zgodovina ogledov
Priljubljeno