Projekti / Programi
Preučevanje mehanizmov odpornosti pri vrtni jagodi (Fragaria ananassa), fižolu (Phaseolus vulgaris) in papriki (Capsicum annuum) na glive iz rodu Colletotrichum - študije interakcije med rastlino in patogeno glivo
Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
4.03.01 |
Biotehnika |
Rastlinska produkcija in predelava |
Kmetijske rastline |
Koda |
Veda |
Področje |
B390 |
Biomedicinske vede |
Fitotehnika, hortikultura, zaščita pridelka, fitopatologija |
Koda |
Veda |
Področje |
4.01 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo |
Colletotrichum, antraknoza, jagoda, fižol, paprika, fenoli, encimska aktivnost, fenilpropanoidna pot
Raziskovalci (20)
št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacij |
1. |
05085 |
dr. Franc Bavec |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
909 |
2. |
10142 |
dr. Martina Bavec |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
969 |
3. |
33134 |
dr. Jan Bizjak |
Rastlinska produkcija in predelava |
Mladi raziskovalec |
2011 - 2014 |
20 |
4. |
20421 |
mag. Manfred Jakop |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
200 |
5. |
25505 |
dr. Jerneja Jakopič |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
170 |
6. |
24183 |
Matej Jeraša |
|
Tehnični sodelavec |
2011 - 2014 |
0 |
7. |
13010 |
dr. Nina Kacjan Maršić |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
348 |
8. |
05663 |
dr. Darinka Koron |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
736 |
9. |
23631 |
dr. Maja Mikulič Petkovšek |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
345 |
10. |
10506 |
dr. Alenka Munda |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
204 |
11. |
30766 |
dr. Primož Oražem |
Rastlinska produkcija in predelava |
Mladi raziskovalec |
2011 - 2013 |
23 |
12. |
20496 |
Tomaž Pliberšek |
|
Tehnični sodelavec |
2011 - 2014 |
7 |
13. |
22226 |
dr. Martina Robačer |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
229 |
14. |
20377 |
Boštjan Saje |
|
Tehnični sodelavec |
2011 - 2014 |
0 |
15. |
29419 |
dr. Valentina Schmitzer |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
140 |
16. |
30707 |
dr. Ana Slatnar |
Rastlinska produkcija in predelava |
Mladi raziskovalec |
2011 - 2013 |
285 |
17. |
06404 |
dr. Franci Štampar |
Rastlinska produkcija in predelava |
Vodja |
2011 - 2014 |
1.169 |
18. |
29564 |
dr. Matjaž Turinek |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2011 - 2012 |
105 |
19. |
20165 |
dr. Robert Veberič |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
525 |
20. |
13376 |
mag. Metka Žerjav |
Rastlinska produkcija in predelava |
Tehnični sodelavec |
2011 - 2014 |
325 |
Organizacije (3)
Povzetek
Sinteza fenolnih snovi je pogosto ena od obrambnih strategij rastline na različne biotske in abiotske oblike stresa. Fenoli med drugim sodijo med snovi, ki negativno vplivajo na okužbo in rast številnih patogenih organizmov. Njihova sinteza poteka po fenilpropanoidni poti s šikimsko kislino kot njihovim glavnim prekurzorjem. Pri tem ima ključno vlogo encim fenilalanin amonij liaza (PAL), ki katalizira pretvorbo fenilalanina v cimetno kislino, katere derivati so prekurzorji širokega spektra sekundarnih metabolitov. Nastale fenolne spojine se lahko oksidirajo in povzročijo denaturacijo proteinov patogena ali pa vodijo v nalaganje lignina, fenolnega polimera, ki predstavlja mehansko oviro za prodirajoče hife. Pri tem sodelujeta encima peroksidaza in polifenol oksidaza, ki prav tako pomembno prispevata k obrambi rastline pred patogenimi glivami. Fenolne snovi so lahko v večjih ali manjših količinah že vnaprej prisotne ali inducirane z infekcijo de novo sintetizirane – fitoaleksini. Kljub številnim raziskavam odziva rastline na infekcijo z glivami preko sinteze fenolnih snovi, je ta biokemijski princip odpornosti še vedno neznan.
Glive iz rodu Colletotrichum povzročajo ekonomsko pomembno bolezen, antraknozo, na mnogih gostiteljskih vrstah, vključno z zelenjavo, trajnicami in sadnimi rastlinami. Pri nadzoru bolezni ne gre le za omejevanje izgub pridelka zaradi bolezni, ampak tudi zmanjšanje stroškov za kemično in mehanično varstvo, kot tudi zmanjšanje obremenitve okolja s sredstvi za varstvo rastlin. Zato je potrebno natančno raziskati obrambne mehanizme za alternativne pristope varstva rastlin pred to glivično boleznijo, predvsem pri vrstah, kjer plodovi dozorevajo postopoma, saj je pri uporabi fungicidov treba zagotoviti karenco od tretiranja do obiranja oz. porabe plodov.
S študijo želimo najprej proučiti vpliv okužbe z glivo Colletotrichum na aktivnosti izbranih encimov in sekundarnih metabolitov pri bolj ali manj občutljivih sortah vrtne jagode, fižola in paprike. S pomočjo HPLC-MS analiz bomo spremljali spremembe vsebnosti za rastlino pomembnih obrambnih snovi, tj. posameznih fenolnih spojin iz skupin hidroksicimetnih in hidroksibenzojskih kislin ter različnih skupin flavonoidov (flavonoli, flavanoli, antociani,..). Fenolne snovi bomo spremljali med rastno dobo in ugotavljali spremembe v metabolizmu rastline kot posledico okužbe z glivami. Sintezo fenolnih snovi bomo spremljali na več stopnjah metabolizma, tako da bomo spremljali aktivnost encimov od povezovalnega med primarnim in sekundarnim, PAL-a, preko halkon sintaze in halkon izomeraze, glikozil transferaze in tudi polifenol oksidaze ter peroksidaze. V ta namen bomo izvedli umetno infekcijo z glivami iz rodu Colletotrichum in časovno spremljali odziv rastline.
Takšen pristop nam bo omogočil prepoznati mehanizme odziva modelnih rastlin (jagode, fižol, paprike) na infekcijo predvsem preko sekundarnega metabolizma fenolnih snovi ter hitrost odziva encimov, ki sodelujejo v fenilpropanoidni poti. Prav tako bomo določili vpliv načina pridelave (ekološka/integrirana pridelava) s stališča različnih vsebnosti fenolnih snovi in okuženosti z glivami rodu Colletotrichum. Posledično bomo bolj natančno določili smer iskanja okolju prijaznejših pripravkov in postopkov, ki bi spodbudili encimsko aktivnost in s predhodno višjim nivojem obrambnih snovi zagotovili večjo toleranco rastlin na okužbo gliv iz rodu Colletotrichum.
Pomen za razvoj znanosti
Sinteza fenolnih snovi je del obrambnega mehanizma rastlin na napad škodljivcev in bolezni, kamor prištevamo tudi patogene glive. Kljub številnim raziskavam na tem področju, še vedno biokemijski procesi v rastlinah, ki jih taka okužba sproži, niso popolnoma znani. Naše študije so temeljile na interakciji med okoljem in pomembnimi kmetijskimi rastlinami (jagoda, paprika, fižol) ter glivami iz rodu Colletotrichum, ki jih okužujejo in povzročajo na njih resno gospodarsko škodo. Rezultati študije so pokazali nekatere zanimive znanstvene rezultate, ki smo jih uspešno objavili v različnih znanstvenih revijah. Pri jagodah smo ugotovili, da okužba z omenjeno glivo vpliva na vsebnosti primarnih in sekundarnih metabolitov. Pokazale so se razlike med posameznimi sortami, kjer je po vsebnosti epikatehina izstopala tolerantna sorta 'Honeoye'. Po okužbi z glivami iz rodu Colletotrichum se je vsebnost fenolnih spojin zelo povečala, z nadaljnjim razvojem bolezni pa se koncentracija omenjenih snovi zopet zmanjša. Povečanje sinteze fenolnih snovi ob začetku okužbe kaže na to, da se le-ti tvorijo kot odgovor rastline na okužbo s patogenom. Zmanjšanje ob nadaljnjem razvoju bolezni in povečanem obsegu okužbe pa je lahko posledica propadanja tkiva. Pri fižolu smo ugotovili, da vse izbrane sorte vsebujejo iste primarne in analizirane sekundarne metabolite, vendar se zelo razlikujejo v količini. Izkazalo se je, da na količino vplivajo sorta, način pridelave, kot tudi okužba z glivo Colletotrichum lindemuthianum. Vsebnost vseh skupin fenolov se je po okužbi povečala v robnem delu tkiva med pego in zdravim tkivom, medtem ko je bila v zdravem tkivu najmanjša. Povečanje sinteze fenolnih snovi v robnem tkivu kaže na to, da rastlina s tvorbo teh snovi preprečuje širjenje glive na območje zdravega tkiva in predstavlja kemično obrambo rastline na napad patogena. Okužba paprike s C. coccodes spodbudi kopičenje klorogenske kisline, krisoeriol glukozida, glikozidov kvercetina in luteolina v robnem tkivu med pego in zdravim tkivom v primerjavi z zdravim tkivom in pego. Glede na to, da skupni derivati apigenina za razliko od drugih fenolov ne kažejo statističnega povečanja v robnem delu pege, to nakazuje manjšo vlogo apigenin glikozidov v zaščiti paprike pred okužbo z glivami iz rodu Colletotrichum. Dobljena znanstvena spoznanja o interakciji med rastlino in patogenom, razumevanje sinteznih poti in dobljeni rezultati so vplivala na razvoj znanosti, saj smo rezultate uspešno objavili v vrhunskih znanstvenih revijah z našega področja, prav tako pa tudi na razvoju stroke, saj smo jih sproti prenesli v nove tehnologije pridelave preko kongresov, strokovnih srečanj…
Pomen za razvoj Slovenije
Slovensko kmetijstvo je v zadnjih letih pridobilo na pomenu predvsem zaradi samooskrbe, kratih proizvodnih verig in nizko-ogljične družbe (kratkega transporta proizvodov). Slovenski parlament je leta 2011 sprejel resolucijo o strateških usmeritvah razvoja slovenskega kmetijstva in živilstva do leta 2020 – »Zagotovimo.si hrano za jutri«. Hortikulturni proizvodi imajo v tej resoluciji posebno vlogo. Pri zelenjavi pridelamo le 30 % potrebnih količin, zato je v teh strateških usmeritvah predvideno širjenje pridelave hortikulturnih rastlin. V Slovenji nikoli nismo imeli intenzivne hortikulturne pridelave na velikih površinah, struktura kmetij je sorazmerno majhna in okolje zelo naravno. Prav zato lahko pridelamo hrano vrhunske kakovosti, predvsem s pomočjo novih in izboljšanih tehnologij pridelave, kot sta integrirana in ekološka pridelava. Znanje, ki smo ga pridobili pri projektu »Preučevanje mehanizmov odpornosti pri vrtni jagodi (Fragaria ananassa), fižolu (Phaseolus vulgaris) in papriki (Capsicum annuum) na glive iz rodu Colletotrichum - študije interakcije med rastlino in patogeno glivo« smo uspešno znanstveno izvrednotili in vse dobljene rezultate uspešno prenesli v izboljšanje obstoječih tehnologij v praksi. Izkoriščanje naravnih obrambnih mehanizmov rastline je manj uporabljeno v trenutnih tehnologijah, saj je pri tem potrebno veliko več znanja in upoštevanje biotskih in abiotskih dejavnikov. Vendar je tak pristop veliko bolj sonaraven, omogoča manjšo porabo energije in s tem posledično bolj zdravo hrano in je v skladu s smernicami nizko-ogljične družbe.
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