Projekti / Programi
Identifikacija genov iz halotolerantnih gliv za izboljšanje tolerance na sol in sušo pri rastlinah
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.00 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T490 |
Tehnološke vede |
Biotehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.04 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijska biotehnologija |
toleranca na stres, toleranca na sol, toleranca na sušo, funkcionalno presejanje, gensko spremenjeni organizem, novi geni, biotehnologija, ekstremofilne glive, poljščine, bioetanol
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
25974 |
dr. Cene Gostinčar |
Biotehnologija |
Vodja |
2013 - 2015 |
335 |
Organizacije (1)
Povzetek
Voda je osnova življenja, kot ga poznamo. Visoka koncentracija soli in suša zmanjšata vodno aktivnost in s tem otežita nemoteno delovanje bioloških sistemov. Anorganski ioni soli so poleg tega za celice tudi neposredno toksični. Organizmi, ki živijo v slanih okoljih, so razvili specializirane molekularne mehanizme, s katerimi se izognejo problematičnim učinkom takšnih okolij ali jih vsaj ublažijo. Prenos teh mehanizmov v kmetijske rastline bi le-tem omogočil boljše prenašanje suše in rast na velikih (in hitro rastočih) površinah, ki so zaradi zasoljevanja prsti danes za kmetijstvo neuporabne. Podobno bi zmanjšanje občutljivosti na zmanjšano vodno aktivnost povečalo produktivnost industrijskih mikroorganizmov, ki jih uporabljamo v procesih, kot je proizvodnja bioetanola. Oba cilja postajata vse bolj pomembna, še posebej v luči vzrokov in posledic globalnih podnebnih sprememb. Kljub naporom, usmerjenim v doseganje teh ciljev, in delnemu uspehu v zadnjih letih s pomočjo genskega inženiring, je potrebnega še veliko napredka.
Cilj predlaganega projekta je odpraviti ozko grlo v prizadevanjih za povečevanje tolerance na sol in sušo v industrijskih mikroorganizmih in kmetijskih rastlinah: pomanjkanje novih genov za genske spremembe. V ta namen bomo uporabili izboljšano metodo funkcionalnega presejanja in preučili obetaven, a doslej spregledan vir genov, povezanih s toleranco na sol/sušo: naravno halotolerantne in halofilne glive. Tako zbrane podatke bomo združili z znanjem, pridobljenim s pomočjo prvega določanja genomskih in transkriptomskih zaporedij teh gliv – vodja predlaganega projekta je del projektnih skupin teh projektov. Pričakujemo, da bo ta edinstveni kombinirani pristop privedel do zbirke kandidatnih genov za izboljšanje tolerance na sol in sušo pri ekonomsko pomembnih organizmih. S pomočjo vnaprej določenih kriterijev bomo izbrali najbolj obetavne gene in ovrednotili njihovo uporabnost. To bomo storili z izražanjem izbranih genov v industrijskem sevu pekovske kvasovke (Saccharomyces cerevisiae) in modelnih rastlinskih organizmih in z nadaljnjo podrobno analizo tako dobljenih transformant.
Projekt bo prispeval k prizadevanjem za odpravo vzrokov za obsežno pomanjkanje hrane v številnih delih sveta. Obenem je cilj projekta tudi izboljšanje kvasovke Saccharomyces cerevisiae, glavne mikrobne vrste, ki jo uporabljamo v proizvodnji biogoriv. Rezultate projekta bomo objavili v kvalitetnih mednarodnih znanstvenih revijah in/ali jih patentirali.
Pomen za razvoj znanosti
Projekt je privedel do več pomembnih odkritij, med njimi so: - identifikacija štirinajstih genov, ki povečajo halotoleranco kvasovke Saccharomyces cerevisiae, potencialno pa tudi drugih organizmov; - izboljšanje (optimizacija izvedbe in pogojev presejalnih testov) in uporaba metodologije za iskanje genskih virov v nekonvencionalnih mikroorganizmih na primeru poliekstremotolerantne črne kvasovke Aureobasidium pullulans; uporabljena metoda ima številne prednosti pred običajnimi sistemi: (i) kot donorje genov izkorišča organizme, ki so naravno izjemno odporni proti stresu; (ii) glive so za izboljšanje rastlin in industrijsko pomembnih gliv boljši donorji genov kot strukturno mnogo bolj različni in filogenetsko oddaljeni prokarionti; (iii) iz podobnega razloga je tudi kvasovka S. cerevisiae primernejši presejalni sistem kot bakterije, hkrati pa je manipulacija z njo še vedno relativno enostavna in učinkovita; - objava in primerjalna analiza celotnega genomskega zaporedja štirih vrst črnih kvasovk rodu Aureobasidium, vključno z rezultati, ki dopolnjujejo naše razumevanje tolerance gliv na stres in mehanizmov, ki jim omogočajo naselitev ekstremnih okolij, povzročanje infekcij in uporabo v biokontroli rastlinskih patogenov; - objava odkritja, da del gena HAL2 vstavljen v homologni gen Arabidopsis thaliana poveča halotoleranco te modelne rastline.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagani projekt se je osredotočil na akutne težave kmetijstva (zasoljevanje prsti, suša) in energetike (občutljivost na stres pri mikroorganizmih v proizvodnji biogoriv). Projekt je združil znanje dveh visoko usposobljenih slovenskih raziskovalnih organizacij in pospešil pretok strokovnega znanja med različnimi raziskovalnimi skupinami. Rezultati projekta, med njimi zlasti identifikacija štirinajstih novih genov za toleranco na sol ter objava štirih genomskih zaporedij na mnoge strese tolerantnih črnih kvasovk, bodo spodbudili nadaljnji razvoj in komercializacijo proti soli in/ali nizki vodni aktivnosti odpornih mikroorganizmov in rastlin. S prispevanjem k omilitvi posledic klimatskih sprememb na proizvodnjo hrane (poljščine z večjo odpornostjo na sušo/slanost) in izboljšanju industrijske proizvodnje biogoriv (izboljšan(i) sev(i) kvasovk za etanolno fermentacijo) je predlagani projekt prispeval k reševanju kar treh velikih družbenih izzivov, ki so našteti v Raziskovalni in inovacijski strategiji Slovenije od 2011 do 2020 (»podnebne spremembe, energija, pomanjkanje virov, zdravje in staranje«). Ekstremofilne/ ekstremotolerantne glive, ki smo jih uporabili v projektu kot vir biotehnološko zanimivih genov, so bile izolirane iz Sečoveljskih solin. Rezultati projekta bodo s tem posredno doprinesli tudi k večjemu zavedanju o pomenu tega po biološki (tudi mikrobiološki!) pestrosti izjemno dragocenega in krhkega okolja, ki je vključeno v krajinski park in zaščiteno tudi z Ramsarsko konvencijo. Predstavitev pridobljenih rezultatov na številnih mednarodnih znanstvenih srečanjih je promovirala slovensko znanost in znanje.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
