Projekti / Programi
Študij epidemiologije in raznolikosti mikrobnih povzročiteljev bolezni rastlin
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.03.05 |
Biotehnika |
Rastlinska produkcija in predelava |
Fitomedicina |
| Koda |
Veda |
Področje |
| B390 |
Biomedicinske vede |
Fitotehnika, hortikultura, zaščita pridelka, fitopatologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.01 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo |
raznolikost patogenih mikrobov, epidemiologija, molekularne diagnostične metode, sekveniranje nove generacije, LAMP, immunoqPCR, HRM, CIM, vinska trta, krompir, PVY, FD, RBDV
Raziskovalci (29)
Organizacije (4)
Povzetek
Zaradi glabalizacije ki omogoča prosti pretok blaga in storitev smo izpostavljeni povečani izmenjavi (uvoz / izvoz) rastlin in proizvodov rastlinskega izvora. Z njimi potujejo tudi novi mikroorganizmi in žuželke ali drugi vektorji rastlinskih patogenih mikroorganizmov, ki pa zaradi globalnih podnebnih sprememb, lahko preživijo v novih toplejših okoljih. Nove porajajoče se bolezni predstavljajo veliko nevarnost za kmetijstvo in gozdarstvo, predstavljajo pa tudi grožnjo naravnim ekosistemom in biotski raznovrstnosti. Poleg pojavljanja novih povzročiteljev bolezni, ki jih je pogosto težko identificirati, predstavljajo problem genetska variabilnost že znanih povzročiteljev bolezni. Zato je diagnoza novih patogenov ali novih genetskih različic že znanih mikrobov postala aktualna tema. Nove metode za določanje nukleotidnega zaporedja (naslednja generacija sekvenciranja - next generation sequencing - NGS) nudi nove možnosti za identifikacijo patogenih mikroorganizmov.
Virusi v rastlini se pojavljajo kot populacija različnih mutant (quasispecies). Po vstopu virusa v novega gostitelja, se lahko virusni genom spremeni, ali pa se spremeni razmerje med različnimi mutantami istega virusa. Hitre mutacije, ki nastajajo pri replikaciji virusa vodijo v nastanek bolj agresivnih izolatov, ki se lahko širijo hitreje in okužijo širši spekter gostiteljev. Taki primeri so že bili opisani v krompirju okuženem z različnimi izolati krompirjevega virusa Y (Potato virus Y, PVY), ki ogrožajo pridelavo krompirja. Zato smo izbrali PVY kot modelni virus naše studije, poleg tega pa se bomo osredotočili na patogene mikroorganizme, ki okužujejo lesnate rastline in so dodatno problematični, saj predstavljajo stalno okužbo na rastlinah, ki rastejo vrsto let. Prisotnost patogenega mikroba je zato potrebno odkriti čimprej in odpraviti okužene rastline. Fitoplazma Flavescence dorée je karantenski mikroorganizem z velikim gospodarskim vplivom na proizvodnjo vinske trte. Na vinski trti so na novo odkrili virus grmičavosti in pritlikavosti malin (Raspberry Bushy Dwarf Virus, RBDV), vendar njegova raznolikost in pomen za vinsko trto še nista znana. Določitev genoma mikrobov s pomočjo NGS in razvoj novih diagnostičnih metod, kot so izotermalno pomnoževanje (LAMP), analiza talitvene krivulje z visoko resolucijo (HRM) in imuno-PCR v realnem času (imuno-qPCR), ki jih bomo uporabili in razvili v projektu, bodo omogočili hitro detekcijo patogenih mikrobov. To bo omogočilo hitrejše in bolj zanesljiv odkrivanje povsem novih patogenih mikroorganizmov ter bo prispevalo k razumevanju raznolikosti karantenskih in škodljivih že identificiranih mikrobov. Novi pristop k identifikaciji in odkrivanju mikrobov bo omogočil sledenje poti vnosa in razširjanja patogenih mikroorganizmov.
Uporaba NGS metod za določanje genetske raznovrstnosti bo pomagalo odkriti razlike v zaporedju, ki so pomembne za patogenost mikroba. V primeru rastlinskih virusov je priprava vzorcev ozko grlo, saj pri določanju nukleotidnega zaporedja z NGS, ki ni selektivno, pridobimo zelo velike količine podatkov, ki jih je potrebno analizirati. Uvedli bomo povsem izvirni način priprave virusnih vzorcev iz okuženih rastlin z uporabo nove generacije monolitne kromatografske polimerov (CIM).
Z vključevanjem izkušenih domačih in tujih partnerjev z uporabo najsodobnejše opreme bomo prišli do ustreznih rezultatov, ki bodo uporabni tako za sofinancerje (Ministrstvo za kmetijstvo in okolje ter podjeteje Omega d.o.o.) kot za izboljšavo rastlinske pridelave. Predlagane študije sodijo v evropsko strategijo, ki poudarja genomiko in biotehnologijo za zdravje, kakovost hrane in trajnostni razvoj. Projekt je v celoti usklajen s prednostnimi nalogami iz tega javnega razpisa za zbiranje predlogov - Rastlinska pridelava.
Pomen za razvoj znanosti
Vnos patogenih rastlinskih mikrobov v nova okolja lahko predstavlja veliko nevarnost za zmanjšanje kmetijske proizvodnje, hkrati pa ima lahko tudi negativen vpliv na raznolikost vrst v ekosistemih. Z novimi metodami za zaznavanje in študij rastlinskih patogenov na molekularni ravni, ki smo jih razvijali in validirali tekom projekta, lahko hitrje zaznamo vdor patogenov v nova okolja, hkrati pa lahko preučujemo process porajanja novih patogenov zaradi spremenjenih ekoloških razmer v novih okoljih. Tehnologijo NGS smo uspešno uporabili tudi za iskanje novih virusov (virusi na jagodičevju). Pri tem smo pripravili tudi hiter in enostaven delotok za analizo rezultatov NGS z namenom iskanja (novih) virusov. V sodelovanju z drugimi vrhunskimi laboratoriji s tega področja smo pripravili smernice za uporabo te tehnologije za zaznavanje in iskanje novih virusov. Podrobnejše poznavanje raznolikosti virusov nam omogoča študij evolucije virusov in spreminjanja njihovih populacij, hkrati pa omogoča tudi razvoj zanesljivejših detekcijskih metod, ki jih lahko uporabljamo v diagnostičnih laboratorijih. Optimizacija postopkov priprave vzorcev s CIM monolitno kromatografijo pred sekvenciranjem naslednje generacije (NGS) je omogočila bolj učinkovito sestavljanje celotnih virusnih genomov, hkrati pa smo z njeno pomočjo pridobili zelo natančen vpogled v raznolikost virusne populacije znotraj rastline. Tekom projekta smo vzpostavili zanesljiv način za študij virusnih populacij (na primeru virusa Y krompirja) in s tem omogočili zelo natančen študij spreminajna virusnih populacij tekom evolucije na različna okolja. Rezultati tega dela projekta so prinseli pomemben vpogled v mehanizme evolucije virusnih genomov in s tem razširili razumevanje procesa porajanja novih virusnih patogenov. Nove hitre in občutljive diagnostične metode, ki smo jih razvili in/ali validirali v okviru projekta (LAMP, HRM, immuno-qPCR) omogočajo hitrejšo in učinkovitejšo detekcijo pomembnih rastlinskih patogenov ter njihovo natančnejšo hitro identifikacijo.
Pomen za razvoj Slovenije
V okviru projekta smo izvedli relevantne in sodobne raziskave na področju rastlinske virologije, ki so omogočile nove povezave z vrhunskimi laboratoriji s tega področja in vključitev v mednarodne projekte, ki se navezujejo na temo projekta. V slovenski prostor smo uspešno uvedli metode diagnostike rastlinskih virusov s sekvenciranjem naslednje generacije; razvili smo postopek za analizo in iskanje virusov v vzorcih rastlin, ki ga že uspešno prenašamo v delo diagnostičnih laboratorijev. Tako uvedba novih generičnih metod (NGS), kot tudi modernih hitrih specifičnih metod (LAMP, HRM, immuno-qPCR) za detekcijo rastlinskih patogenih mikrobov je omogočila bolj učinkovito in tehnološko naprednejše delo na diagnostičnem področju. S pomočjo metod, uvedenih tekom projekta, smo že odkrili nove viruse na rastlinah za Slovenijo in odkrili tudi doslej še neznane viruse. Rezultate in novo znanje pridobljeno v okviru tega projekta smo v okviru seminarjev in predavanj predali drugim raziskovalcem in zainteresirani javnosti v Sloveniji (seminar o rastlinski genomiki, predavanja v okviru simpozija Slovenskega mikrobiološkega društva, poljudna predavanja in drugo).
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
