Projekti / Programi
Preučevanje odziva na sušni stres pri navadnem fižolu na nivoju subcelične proteomike
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.03.01 |
Biotehnika |
Rastlinska produkcija in predelava |
Kmetijske rastline |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T490 |
Tehnološke vede |
Biotehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.01 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo |
Proteomika kloroplastov, sušni stres, navadni fižol (Phaseolus vulgaris L.), proteini
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
30827 |
dr. Tanja Zadražnik |
Biotehnika |
Vodja |
2017 - 2018 |
0 |
Organizacije (1)
Povzetek
Sušni stres je eden izmed glavnih dejavnikov abiotskega stresa, ki vplivajo na pridelovanje agronomsko pomembnih rastlin, med katere prištevamo tudi stročnice, in med njimi navadni fižol (Phaseolus vulgaris L). V svetovnem merilu kar 60 % navadnega fižola pridelajo v razmerah pomanjkljive oskrbe z vodo, suša pa v nekaterih regijah povzroči tudi do 80 % izgube pridelka. Raziskav o odzivu navadnega fižola na sušni stres ni veliko, zato so potrebne nadaljnje raziskave, ki bi omogočile nadgradnjo znanja o mehanizmih odziva na sušni stres, kar bi pomagalo pri razvoju novih sort odpornih na sušo ter posledično na višjo produktivnost te pomembne stročnice.
Zaradi kompleksnosti fizioloških in molekularnih sprememb, do katerih pride pri stresu, natančni mehanizmi odziva in tolerance na sušni stres pri navadnem fižolu na molekularnem nivoju še niso pojasnjeni. Preučevanje molekularnega regulatornega sistema povezanega z odgovorom na stres in razvojem tolerance pri navadnem fižolu omogočajo tehnike in metode “omik”, med katere uvrščamo tudi protemiko. Proteini so direktno vključeni v odgovor rastline na stres, zato ima proteomika ključen prispevek pri razlagi povezave med vsebnostjo proteinov in stresom pri rastlinah. Z namenom, da bi dobili globlji vpogled v molekularne mehanizme, ki so vključeni v odziv na stres, je v proteomsko analizo rastlin pri odzivu na sušo potrebno vključiti tudi celične organele. Analiza posameznih subceličnih proteomov pri odzivu rastlin na sušni stres je zelo pomembna, saj tako pridobimo informacije o specifičnih skupinah proteinov, ki so ključni pri preučevanju stresa ter informacijo o lokaciji in funkciji teh proteinov. Kloroplasti so eni izmed glavnih subceličnih organelov, pri katerih ima sušni stres velik vpliv na njihove funkcije, kot so fotosintetski procesi in primarni metabolizem.
V projekt bomo vključili kloroplastne proteome iz listov dveh kultivarjev navadnega fižola, ki se razlikujeta v odzivu na sušni stres – Tiber in Starozagorski čern, slednji je bolj občutljiv na sušni stres kot Tiber. Za analizo bomo uporabili dvodimenzionalno diferenčno gelsko elektroforezo (2D-DIGE) in masno spektrometrijo. Cilj predlagane raziskave odziva navadnega fižola na sušni stres na nivoju subcelične proteomike je ugotoviti razlike v vsebnosti proteinov kloroplasta med rastlinami, podvrženimi suši in normalno zalivanimi rastlinami pri obeh kultivarjih. Določili bomo razlike v vsebnosti proteinov med obema kultivarjema izpostavljenima sušnemu stresu ter identificirali proteine kloroplasta, ki se diferencialno izrazijo ob pomanjkanju vode. Končni rezultat raziskave bo povezan z razlago mehanizmov odziva identificiranih proteinov na sušni stres. To bo tudi prva raziskava subcelične proteomike pri navadnem fižolu v sušnem stresu.
V predlaganem projektu bomo z identifikacijo kloroplastnih proteinov pripomogli k poglobljenem razumevanju odziva na sušo pri navadnem fižolu. Rezultati proteomske analize bodo služili tudi kot nadgradnja predhodne analize celokupnih proteinov listov dveh kultivarjev navadnega fižola z različno toleranco na sušo. Tako bomo s poglobljeno analizo kloroplastnega proteoma v sušnem stresu dobili natančnejši vpogled v mehanizem odziva določenih proteinov vključenih v odziv na stres. Rezultati predlaganega projekta bodo lahko neposredno uporabljeni v nadaljnjih študijah povezanih s sušo pri stročnicah in drugih rastlinskih vrstah. Poglobljeno znanje o različnih vsebnostih proteinov specifičnega subceličnega organela v sušnem stresu je potrebno tudi za razvoj rastlin tolerantnih na stres. To je še posebej pomembno v žlahtniteljskem procesu, katerega glavni cilj je pridobivanje novih kultivarjev z izboljšano toleranco na stresne dejavnike, nižjim tveganjem izgube pridelka ter izboljšano stabilnostjo pridelave v različnih, tudi neugodnih, okoljskih razmerah.
Pomen za razvoj znanosti
V predlaganem projektu bomo z identifikacijo kloroplastnih proteinov pri izbranih kultivarjih navadnega fižola pripomogli k poglobljenem razumevanju odziva na sušo pri navadnem fižolu, saj mehanizmi odziva še niso dobro pojasnjeni. Rezultati proteomske analize bodo služili tudi kot nadgradnja predhodne analize celokupnih proteinov listov dveh kultivarjev navadnega fižola z različno toleranco na sušo. S poglobljeno analizo kloroplastenga proteoma v sušnem stresu bomo dobili natančnejši vpogled v mehanizem odziva določenih proteinov vključenih v odziv na stres. Rezultati predlaganega projekta bodo lahko neposredno uporabljeni v nadaljnjih študijah povezanih s sušo pri metuljnicah in drugih rastlinskih vrstah.
Spremembe v vsebnosti proteinov v stresu so tesno povezane s fenotipskim odgovorom rastline na stres, kar je povezano z razvojem tolerance. Zato lahko raziskave odziva rastlin na sušne razmere na nivoju proteinov bistveno prispevajo k razumevanju fizioloških mehanizmov povezanih s toleranco na stres pri navadnem fižolu. Proteomske analize omogočajo identifikacijo potencialnih markerjev, katerih spremenjene vsebnosti so lahko povezane s kvantitativnimi lastnostmi, ki se izrazijo v določenih fizioloških parametrih, ki opredeljujejo stopnjo tolerance na stres pri določenem genotipu. To je še posebno pomembno v žlahtniteljskem procesu, katerega glavni cilj je pridobivanje novih kultivarjev z izboljšano toleranco na stresne dejavnike, nižjim tveganjem izgube pridelka ter izboljšano stabilnostjo pridelave v različnih, tudi neugodnih, okoljskih razmerah.
Proteomika omogoča odkrivanje novih, še nepoznanih proteinov, ki so lahko potencialno zanimivi za nadaljnje študije z biotehnološkimi pristopi. Upamo, da bo v prihodnosti na voljo čim več podatkov proteomskih analiz za namene raziskav mehanizmov odziva in tolerance na stres ter da bodo ti podatki tudi neposredno uporabni pri izboljšanju tolerance stresa rastlin in med njimi navadnega fižola.
Pomen za razvoj Slovenije
Suša povzroča zmanjšanje pridelka številnih ekonomsko pomembnih kmetijskih rastlin, med katere spada tudi navadni fižol. Sušni stres ima negativen vpliv na rast in razvoj rastlin ter tudi na količino in kakovost pridelka. Fižol je stročnica, ki ima velik družbeni pomen, ker je v določenih delih sveta pomemben vir proteinov in drugih esencialnih hranil. Področje rastlinske proteomike povezane s sušnim stresom omogoča identifikacijo proteinov, ki nadzorujejo pomembne lastnosti, povezane z blaženjem učinkov stresa. Izboljšano in novo znanje o ključnih proteinih kloroplastov vključenih v odziv na sušo bo pripomoglo k razumevanju odziva na sušni stres, mehanizma tolerance pri navadnem fižolu in k razvoju rastlin tolerantnih na sušo. To je še posebno pomembno v žlahtniteljskem procesu, katerega glavni cilj je pridobivanje novih kultivarjev z izboljšano toleranco na stresne dejavnike, nižjim tveganjem izgube pridelka ter izboljšano stabilnostjo pridelave v različnih, tudi neugodnih, okoljskih razmerah. Razvoj kultivarjev navadnega fižola s toleranco na sušni stres z uporabo proteomskega pristopa bo omogočil manjšo uporabo kemikalij in pesticidov ter tako pospešil trajnostno kmetijsko prakso ter kvalitetnejši donos pridelka. Programi za žlahtnjenje fižola, z namenom izboljšanja količine pridelka v neugodnih/sušnih razmerah imajo velik gospodarski pomen. Pomembno je, da ti programi vključujejo tudi specifična orodja na nivoju genetike in proteomike.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
