Loading...
Projekti / Programi vir: ARRS

Genomski / transkriptomski pristopi k interakcijam gliva-škodljivec in biotičnemu varstvu

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
4.03.05  Biotehnika  Rastlinska produkcija in predelava  Fitomedicina 

Koda Veda Področje
B230  Biomedicinske vede  Mikrobiologija, bakteriologija, virologija, mikologija 

Koda Veda Področje
4.01  Kmetijske vede in veterina  Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo 
Ključne besede
Biološka raznovrstnost, biotično varstvo, glive, ogorčice, pospeševanje rasti rastlin, tla, škodljivci v tleh, trajnostna pridelava hrane, genomika, transkriptomika
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (12)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacij
1.  32021  Ajda Bleiweis  Rastlinska produkcija in predelava  Mladi raziskovalec  2013  11 
2.  25518  dr. Miha Črnigoj  Farmacija  Raziskovalec  2013 - 2014  42 
3.  20069  dr. Barbara Gerič Stare  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2013 - 2016  244 
4.  25974  dr. Cene Gostinčar  Biotehnologija  Raziskovalec  2015 - 2016  292 
5.  25805  mag. Špela Modic  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2013 - 2016  309 
6.  10506  dr. Alenka Munda  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2013 - 2016  204 
7.  24580  dr. Hans-Josef Schroers  Rastlinska produkcija in predelava  Vodja projekta  2013 - 2016  176 
8.  28397  dr. Polona Strajnar  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2013 - 2016  86 
9.  22935  dr. Saša Širca  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2013 - 2016  301 
10.  05672  dr. Gregor Urek  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2013 - 2016  710 
11.  16103  dr. Polona Zalar  Mikrobiologija in imunologija  Raziskovalec  2013 - 2016  435 
12.  13376  mag. Metka Žerjav  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2013 - 2016  324 
Organizacije (2)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacij
1.  0401  Kmetijski inštitut Slovenije  Ljubljana  5055431  19.872 
2.  0481  Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta  Ljubljana  1626914  64.297 
Povzetek
Za kontrolo škodljivcev in vnos gnojil v tla smo v kmetijski proizvodnji v preteklosti in tudi danes uporabljali sintetične pesticide in gnojila. Oboji negativno vplivajo na naravne vire, ki so pomembni za človeštvo. Dodaten pritisk na naravne vire in kmetijstvo predstavljajo nove invazivne vrste škodljivcev in spremenjeno vedenje avtohtonih vrst škodljivcev (natančneje ogorčic in žuželk), oboje kot  posledica podnebnih sprememb. Primarnega pomena za kontrolo škodljivcev so talni sistemi. Višje temperature tal tekom pomladi pomembno vplivajo na obnašanje talnih škodljivcev. V Evropi so že opazili invazivne vrste ogorčic rodu Meloidogyne, trenutno pa na tržišču še ni registriranega sredstva za njihovo zatiranje. Zaradi podnebnih sprememb in posledično sprememb v obnašanju talnih škodljivcev je nujen razvoj novih pristopov ali pa izboljšava že obstoječih metod v smislu zatiranja škodljivcev; obenem pa izboljšanje rasti rastlin brez uporabe ali z omejeno količino gnojil. Cilj predlaganega raziskovalnega projekta je utrditi in razširiti in znanje o glivah, ki so zaradi svojih lastnosti uporabne kot organizmi za biotično varstvo (BV) talnih ogorčic  in žuželk. Natančneje, skušali bomo določiti tiste glive, ki bodo plenilci talnih škodljivcev, istočasno pa bodo živeče v rizosferi ali pa kot endofiti učinkovale kot pospeševalci rasti. Željene lastnosti so bile že opisane za glive rodov Clonostachys in Trichoderma, katerih vrste uporabljajo kot BVza kontrolo drugih gliv. Posamezne vrste iz obeh rodov so poznane tudi kot saprotrofni organizmi, organizmi, ki naseljujejo koreninski system, endofiti in pospeševalci rasti rastlin. Nedavno so za te vtste ugotovili, da delujejo tudi proti ogorčicam, za rod Clonostachys  pa poročajo tudi o učinkovitosti proti žuželkam. V skladu s temi opažanji predlagamo vzorčenja gliv, s katerimi bomo tarčno iskali glive, ki naseljujejo: (1) rizosfero rastlin, okuženo z ogorčicami (ogorčice koreninskih šišk Meloidogyne sp. in krompirjevo ogorčico Globodera rostochiensis); (2) notranjost korenin okuženih z ogorčicami rodu Meloidogyne; (3) notranjost cist G. rostochiensis; in (4) prostoživeče larve žuželk ali larve, ki jih bomo v okolje vnašali kot vabe za glive. Glive bomo karakterizirali in dentificirali na poslagi določevaja nukleotidnih zaporedij večih DNA odsekov, kar nam bo omogočalo njihovo natančno prepoznavanje in identifikacijo potencialno uporabnih gliv. Za ugotavljanje pospeševanja rasti in učinkovanja gliv za BV bomo uporabili rastline paradižnika ali sistem paradižnika in Meloidogyne. Ugotavljali bomo, ali glive pospešujejo rast in ali jih lahko uporabljamo za BV na jajčecih in/ali zgodnjih razvojnih stadiih ogorčic.  Čeprav sta radova Clonostachys in Trichoderma le v daljnem sorodstvu, saj jih vrščamo v različni družini znotraj redu Hypocreales, imajo vrste znotraj teh rodov podobno raznolike in pogosto koristne lastnosti. Primerjava genomov in transkripomov rodov Clonostachys in Trichoderma zato vodi do boljšega razumevanja osnovnih molekulskih mehanizmov BV ter vpletenih genov in regulatornih sistemov. Razumevanje teh mehanizmov je predpogoj za optimalno izkoriščanje in manipulacijo njihovih lastnosti v korist ljudi kot trajnostnih aplikacij. Naš cilj je torej določitev nukleotidnega zaporedja genomov vrst rodu Clonostachys in primerjava le-teh z že razpoložljivimi podatki genomov vrst rodu Trichoderma. Prekoa določevanja zaporedja transkriptomov iz definiranih interakcij gliv in ogorčic bomo določili glavne dejavnike (proteine in peptide), ki sodelujejo v interakciji. Specifično vlogo izbranih genov bomo nato analizirali s pomočjo reverzne genetike na osnovi mutant s spremenjenim izražanjem genov.
Pomen za razvoj znanosti
V red Hypocreales spadajo mnogi za kmetijstvo pomembni predstavniki gliv. Vanj uvrščamo najpomembnejše rastlinske patogene, proizvajalce mikotoksinov ter oportunistične patogene za človeka (npr. rod Fusarium), kot tudi glive biotičnega varstva (npr. iz rodov Beauveria, Metarhizium, Trichoderma in Clonostachys). Projekt prispeva k boljšemu razumevanju nekaterih vrst iz omenjenih rodov tega pomembnega reda gliv. Zagotavljanje taksonomskih rešitev za razumevanje mej med vrstami, predstavlja osnovo tako za prepoznavanje vrst, kot tudi za ugotavljanje njihovih bioloških lastnosti. Raziskovanje ozko opredeljenih ekoloških niš nam tudi omogoča razumeti ekoloških značilnosti vrst iz takšnih okolij. Na osnovi izbranega pristopa za izolacijo gliv iz naravnih ekoloških niš smo zasnovali hipotezo raziskovalnega projekta. Proučevanje bodisi neopisanih, potencialno redkih vrst, ki so sposobne zatiranja škodljivcev, in tudi tistih z znanim vplivom na škodljivce, smo zagotovili nove pristope za nadzor ogorčic in škodljivih žuželk. Vrsta Clonostachys rosea (Bionectriaceae) spada med pogoste talne saprofitske seve. Vendar pa imajo isti sevi ali vrsta tudi široko paleto dodatnih lastnosti, ki vključujejo parazitizem drugih gliv in sposobnost endofitske povezave z rastlinami, kot tudi sposobnost rasti v rizosferi. Poskusi so pokazali, da lahko predstavniki te vrste tudi uničujejo jajčeca ogorčic rodu Meloidogyne in zmanjšajo reprodukcijsko sposobnost te ogorčice na rastlinah paradižnika. Podobne lastnosti v zvezi z ogorčicami smo opazili pri trenutno še neopisani vrsti iz družine Nectriaceae, ki smo jo izolirali z rastline paradižnika v Sloveniji. Čeprav je ta vrsta morfološko podobna vrstam iz rodu Fusarium, najverjetneje ni rastlinski patogen, saj je filogenetsko nesorodna patogenim vrstam tega rodu. Glivna vrsta Trichoderma longibrachiatum (Hypocreaceae) ni zmanjšala sposobnosti razmnoževanje ogorčic v poskusih z rastlinami, je pa parazitirala jajčeca ogorčic v testih kultur na objektnih steklih. Podobno ekološko vedenje predstavnikov iz različnih družin redu Hypocreales se je morda razvilo neodvisno. Transkriptomiske analize genov, ki jih izražajo glive tekom parazitskih interakciji z jajčeci ogorčic Meloidogyne, prispevajo k razumevanju različnih strategij parazitizma, razvitih v treh različnih družinah redu Hypocreales (Bionectriaceae, Hypocreaceae, Nectriaceae). Kemični pesticidi in biopesticidi prispevajo k zdravju rastlin in h kakovosti pridelkov, vendar pa pogosto niso selektivni na ciljanjega škodljivca, temveč vplivajo tudi na druge žive komponente v kmetijskih ekosistemih. To še zlasti velja za nekaj biopesticidov, ki se trenutno uporabljajo za zatiranje žuželk in tudi ogorčic. Rezultati projekta nakazujejo, da lahko tudi običajne talne glive prispevajo k naravnemu zatiranju škodljivcev. Tudi navadni in dokaj pogosti rastlinski patogeni, ki imajo široko ekološko amplitudo in tudi saprotrofne sposobnosti, lahko destruktivno parazitirajo jajčeca ogorčic. Razvoj in raziskave v smeri trajnostnih pristopov v kmetijstvu se bi lahko osredotočle tudi na proučevanje raznolikosti in večjega števila vrst talnih mikrobov, in ne zgolj na razvoj in izboljšave biopesticidov oz. iskanja vrst za biotično zatiranje škodljivcev. Prišli smo do spoznanj o destruktivnem parazitizmu gliv na škodljivi vrsti žuželke, kapusovi muhi (Delia radicum) na cvetači, ki je zelo pomembna za kmetijstvo. Glive, ki so bile vključene v teste imajo lahko na koreninah sadik dobro rizosferno kompetenco. Korenine rastlin s poseljenimi koristnimi glivami se zato lahko uporabijo za širjenje biopesticidov. Večja podpora ekosistemskih uslug preko uporabe rastlin, ki v vlogi vektorjev širjenjo ekološko pomembne glive je privlačen koncept, saj bi lahko z njegovo uporabo dosegli zmanjšanje sezonskih škropljenj z biopesticidi.
Pomen za razvoj Slovenije
Inventorizacija entomopatogenih gliv in gliv, ki parazitirajo ogorčice je vzpodbudila in omogočila raziskave zelo pomembne in uporabne za kmetijstvo. Tako imenovani biopesticidi, ki temeljijo na živih mikroorganizmih, se smatrajo kot okoljsko bolj sprejemljivi ali vsaj alternativno orodje za zatiranje rastlinskih škodljivcev v primerjavi z kemičnimi agensi. Imajo velik trajnostni potencial za rastlinsko pridelavo. Identifikacije vrst mikroorganizmov, na osnovi molekularnih črtnih kod, so pokazale, da je več organizmov, ki so na voljo kot komercialni biopesticidi, naravno prisotni v kmetijskih ekosistemih v Sloveniji. Reševanje tovrstnih taksonomskih problemov ni nepomembno niti ne enostavno zaradi nerešenih taksonomskih težav in zmešnjav. Rezultati pomagajo razumeti biogeografsko razširjenost in ekološke lastnosti že znanih in še neopisanih koristnih gliv, od katerih se nekatere že uporabljajo kot aktivne snovi biopesticidov. Poznavanje biogeografije in ekoloških značilnosti teh vrst je ena od številnih zahtev, ki lahko privedejo do razvoja novih ali registracije že obstoječih formulacij v državah EU. Rezultati so tako zanimivi za zakonodajalce in so bili posredovani na Ministrstvo za kmetijstvo, gozdarstvo in prehrano (MKGP). V sklopu projekta so bili doseženi tudi aplikativni rezultati, ki so v skladu s strategijo integriranega zatiranja škodljivcev in z zahtevo po trajnostnem razvoju kmetijstva. Zmanjšanje odvisnosti od kemičnih pesticidov je smernica za kmetijstvo v Sloveniji, izražena v Resoluciji o strateških usmeritvah razvoja slovenskega kmetijstva in živilstva do leta 2020 (Zagotovimo.si hrano za jutri ( ReSURSKŽ)). Koristne glive lahko vključujemo v integrirane pristope zatiranja škodljivcev le, če so dobro proučene. Izvajanje strategije integriranega zatiranja škodljivcev in razvoj bolj trajnostnih pristopov v kmetijstvu so izjemnega pomena za človeka, saj lahko zmanjšajo pritisk na naravne vire, od katerij je družba vedno bolj odvisna.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2013, 2014, 2015, zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2013, 2014, 2015, zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno