Projekti / Programi
Analiza metaboloma krompirja okuženega z milim in agresivnim različkom krompirjevega virusa Y za izboljšanje razumevanja bolezni
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.03.04 |
Naravoslovje |
Biologija |
Rastlinska fiziologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| B191 |
Biomedicinske vede |
Rastlinska biokemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.06 |
Naravoslovne vede |
Biologija |
Solanum tuberosum; krompirjev virus Y-NTN; Interakcija rastlina – povzročitelj bolezni; metabolomika; transkriptomika
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
25523 |
dr. Polona Kogovšek |
Biologija |
Vodja |
2011 - 2013 |
216 |
Organizacije (1)
Povzetek
Krompir (Solanum tuberosum) predstavlja eno izmed najpomembnejših poljščin v Sloveniji in v svetu. Vendar pa se gojenje in pridelava krompirja sooča z vedno novimi izzivi. Bolezni krompirja predstavljajo velik problem pri proizvodnji tako semenskega kot jedilnega krompirja. Zelo velik vpliv na proizvodnjo krompirja in njegovo kakovost ima krompirjev virus Y (Potato virus Y, PVY), ki lahko tudi do 60-odstotno zmanjša količino pridelka. Različek virusa PVY, PVYNTN, povzroča izredno huda bolezenska znamenja na rastlinah krompirja občutljivih sort. Na gomoljih krompirja sproži nastanek nekrotičnih obročkov. Vendar pa nekateri različki virusa PVY, kot je PVYN, ne povzročajo tako uničujočih posledic na pridelku.
Razumevanje odgovora rastline na okužbo z virusom in potek razvoja bolezenskih znamenj je izredno pomembno pri vzgoji novih odpornih sort krompirja. Le s poznavanjem metabolnih poti, ki vodijo v razvoj bolezni, bomo lahko vzgojili sadilni material, ki bo zagotovil bogat in zdrav pridelek. Odgovor rastline krompirja na okužbo z virusom PVY je bil že preučevan na transkriptomskem nivoju. Vendar pa podatki o spremenjenem izražanju genov ne zadostujejo za zanesljivo interpretacijo sprememb v rastlinski celici. Za dopolnitev vrzeli med transkriptomskimi podatki in končnim stanjem metabolitov v celici, je potrebna analiza metaboloma krompirja. Metabolomika je priznana kot tehnologija, ki nudi najširši in neusmerjen (ne-tarčen) vpogled v bogato paleto malih molekul prisotnih v rastlini.
V predlaganemu podoktorskemu projektu bomo z GC MS/MS analizirali metabolom rastlin krompirja po okužbi z dvema različno agresivnima različkoma virusa PVY. Z analizo metaboloma bomo korak bližje k razumevanju odgovora rastlin na posamezen različek virusa in s tem razvoja bolezenskih znamenj. Obenem bomo z analizo metaboloma zdravih rastlin krompirja prispevali k poznavanju rastlinskih metabolitov, katerih je za enkrat znanih le majhen delež, predvideva pa se da jih je med 100. 000 in 200. 000 (Hall, 2006).
Nadalje bomo preverili izražanje genov, ki kodirajo ključne encime v presnovi metabolitov, ki se bodo izkazali kot pomembni v odgovoru rastline na okužbo. Povezovanje rezultatov različnih omskih pristopov je ena od nalog sistemske biologije in tako omogoča celosten vpogled v dogajanje v rastlini. S povezovanjem rezultatov transkriptomike in metabolomike bomo kritično ovrednotili tudi predhodne rezultate transkriptomike in s tem olajšali njihovo interpretacijo.
Rezultate obeh nivojev preučevanja bomo statistično ovrednotili in vizualizirali v programu MapMan. Na ta način bomo lahko sezname metabolitov in genov, katerih količina se bo statistično značilno spremenila, pregledovali znotraj shem, ki predstavljajo metabolne poti. Po potrebi bomo program izboljšali in prilagodili za analizo in predstavitev našega biološkega sistema. Z oblikovanjem shem posameznih metabolnih poti, ki so osnovni gradniki celotne metabolne mreže rastlin, bomo prispevali k razumevanju splošnega metabolizma rastlin in ne le sprememb v metabolizmu po virusni okužbi. Rezultate metabolomike in transkriptomike bomo integrirali v javne baze podatkov.
Pričakujemo, da bodo izsledki naših raziskav zapolnili vrzeli v razumevanju interakcije med rastlino in povzročiteljem bolezni. Pričakujemo tudi, da bodo naši rezultati znatno prispevali k boljšemu poznavanju metabolizma rastlin in posredno vplivali na razvoj biotehnoloških aplikacij.
Pomen za razvoj znanosti
Razumevanje interakcije med rastlino in povzročiteljem bolezni je z našimi raziskavami dobilo nove razsežnosti, saj so spremembe metaboloma rastline po okužbi najmanj raziskane, a hkrati izjemno pomemben nivo interakcije med rastlino in povzročiteljem bolezni. V zadnjih dveh desetletjih je bilo pridobljenega veliko znanja o spremembah na transkriptomskem in proteomskem nivoju v rastlinah po okužbi, kar je pripomoglo k boljšemu razumevanju mehanizma interakcije med rastlino in povzročiteljem bolezni. Vendar pa vedenje o spremembah na nivoju ekspresije genov in sinteze proteinov ne pojasni popolnoma dejanskega stanja v rastlinski celici, saj količina metabolitov ni nujno sorazmerna z močjo izražanja genov in količino proteinov. Z analizo metaboloma smo tako bistveno pripomogli k zapolnjevanju vrzeli v znanju o interakciji med rastlino in povzročiteljem bolezni. Rezultate metabolomskih raziskav smo nadgradili z analizo izražanja genov ključnih encimov s PCR v realnem času. Na ta način smo tudi ovrednotili korelacijo med izražanjem gena in njegovim končnim produktom. Slednje ima velik pomen pri biološki interpretaciji rezultatov, katera še vedno predstavlja velik izziv za raziskovalce. Pričakujemo, da bodo izsledki naših raziskav znatno prispevali k razumevanju interakcije med rastlino in povzročiteljem bolezni in bodo vplivali tudi na razvoj biotehnoloških aplikacij. Rezultate metabolomskih raziskav smo uporabili pri oblikovanju shem posameznih metabolnih poti, ki predstavljajo osnovne gradnike za celotno metabolno mrežo rastlin, kar bo nadalje prispevalo k razumevanju splošnega metabolizma rastlin in ne le sprememb v metabolizmu po virusni okužbi. Hkrati smo vzpostavili eksperimentalni sistem, ki bo zajemal vse korake postopka analize; od priprave materiala, preko izvedbe laboratorijskega dela, do obdelave, vizualizacije in integracije podatkov. Sistem je enostavno prenosljiv na druge kombinacije rastlin in povzročiteljev bolezni in uporaba že izdelanega eksperimentalnega sistema bo omogočila nam in tudi drugim raziskovalcem lažje načrtovanje in izvedbo poskusov.
Pomen za razvoj Slovenije
Po količini pridelka je krompir v svetovnem merilu četrta najpomembnejša poljščina namenjena prehrani, takoj za rižem, pšenico in koruzo (http://faostat.fao.org/). Leta 2008 je več mednarodnih organizacij poudarilo pomen krompirja za svetovno proizvodnjo hrane, saj je izjemen v tem, da je njegova proizvodnja poceni in obilna, poleg tega pa je sposoben rasti na zelo različnih klimatskih pogojih in lokacijah. Zato so Združeni narodi razglasili leto 2008 kot mednarodno leto krompirja in tako poudarili pomen krompirja tudi za dežele v razvoju (http://www.potato2008.org/en/world/index.html). Raziskave interakcije krompirja z virusom PVYNTN imajo velik družbeno ekonomski pomen tudi za Slovenijo, Evropo in svet. PVYNTN se je v zadnjem desetletju dvajsetega stoletja epidemično razširil po celi Evropi in svetu. Tako poročajo o pojavu bolezni PTNRD tudi v Severni Ameriki, Afriki in Aziji. Poleg tega pa se pojavljajo vedno novi, bolj agresivni različki virusa PVY, ki dodatno otežujejo zagotavljanje zdravega pridelka. Pridelovalci krompirja gojijo nove bolj odporne sorte, ki pa so zelo maloštevilne. Poznavanje poteka bolezni in odgovora rastlin na okužbo z virusom PVY bo pripomoglo k učinkovitejši vzgoji novih odpornih sort. Najbolj učinkovita zaščita pred epidemijo bolezni je, poleg gojenja odpornih sort, aplikacija insekticidov, s katerimi zatirajo listne uši, ki prenašajo virus. Poznavanje poteka bolezni bo tako pripomoglo tudi k bolj smotrnemu, ekonomsko učinkovitejšemu kmetovanju in zmanjšanju uporabe dragih in hkrati okolju škodljivih fitofarmacevtskih sredstev. Ena izmed takih možnosti je uporabe endofitnih bakterij in/ali gliv, ki lahko zaščitijo rastline pred patogenimi mikroorganizmi in obenem omogočajo boljšo izrabo mineralov in drugih hranil.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
