Projekti / Programi
Vloga epigenetskega vtisnjenja v časovno ločenih mnogoterih virusnih okužbah v rastlinah
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.03.00 |
Naravoslovje |
Biologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B310 |
Biomedicinske vede |
Fiziologija žilnih rastlin |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.06 |
Naravoslovne vede |
Biologija |
rastlinski virusi, mnogotere okužbe, epigenetika, pridobljena sistemska odpornost, eksperimentalna evolucija
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
35384 |
dr. Denis Kutnjak |
Biotehnologija |
Vodja |
2018 - 2020 |
0 |
Organizacije (1)
Povzetek
Rastline so tekom življenja sočene z različnimi patogenimi organizmi v njihovem okolju. Virusi so eni izmed najpomembnejših patogenih mikrobov rastlin, ki lahko znatno vplivajo na preživitveno sposobnost rastlin tako v naravnih ekosistemih kot tudi v kmetijskih okoljih. Ker so rastline nepremične, se morajo hitro in učinkovito odzvati na take izzive. Rastlinski imunski odziv je sestavljen iz omrežja odzivnih mehanizmov, ki vključuje zaznavo napadalca, signalizacijo in spremembe v fiziologiji rastlin, pri katerih imata pomembno vlogo utišanje RNA in reprogramiranje izražanja genov. Nekatere spremembe, ki se sprožijo ob okužbi rastline z virusom, se lahko ohranijo, tudi ko virus ni več prisoten v rastlini in se lahko prenesejo tudi na potomce okuženih rastlin. Take spremembe omogočajo hitrejši ali močnejši odziv rastlin ob ponovnem stresnem dogodku - bodisi okužbi z enakim virusom ali pa ob soočenju z drugim tipom stresnega dejavnika. Zadnje raziskave so pokazale, da je ta pojav povezan z epigenetskim vtisnjenjem, v obliki metilacije genoma gostitelja ali pa modifikacij histonov.
Rastline so pogosto okužene z več virusi hkrati ali pa jih okužuje več virusov zaporedoma. Več raziskav se je v preteklosti osredotočalo na mešane virusne okužbe rastlin (več virusov prisotnih v rastlini v isti časovni točki) in pripomoglo k večjemu razumevanju razmerij med virusi v mešanih okužbah. Zelo malo pa je znano o posrednih interakcijah med virusi, ki v rastlinah niso prisotni v isti časovni točki. Glede na to, da raziskave nakazujejo na mogočo trajno in dedno naravo spremenjenega imunskega odziva rastlin, sproženega s preteklo virusno okužbo, lahko hipotetiziramo, da bodo te spremembe vplivale tudi na odziv rastlin na kasnejšo okužbo z drugim virusom (v inducirani rastlini ali njenih potomcih). Tak spremenjen odziv pa bo lahko povezan s spremembami v epigenomu rastlin.
Postavljeno hipotezo bom testirali, tako da bomo vzpostavili eksperimentalni sistem, ki vključuje rastline navadnega repnjakovca (Arabidopsis thaliana), virus mozaika repe (Turnip mosaic virus; TuMV) in več drugih rastlinskih virusov. Z uporabo pristopa integrativne biologije, ki bo vključeval več najsodobnejših visokozmogljivih metod sekvenciranja bomo raziskali spremembe v epigenomih in transkriptomih rastlin in spremembe v strukturi virusnih populacij. (1) V prvem delu projekta bomo uporabili več različnih rastlinskih virusov in z njimi inducirali odziv v rastlinah navadnega repnjakovca (prehodna okužba z virusom). Nato bomo določili epigenetske spremembe v genomu induciranih rastlin in njihovih potomcev. (2) V drugem delu projekta bomo preverili ali indukcija rastlin s katerim od virusov uporabljenih v prvem delu, vpliva na odziv induciranih rastlin ali njihovih potomcev (v obliki sprememb transkriptoma in razmnoževanja virusa v rastlini) na okužbo z drugim virusom (TuMV). (3) Raziskali bomo tudi ali spremenjen odziv rastlin na okužbo z drugim virusom (TuMV) vpliva na evolucijske trajektorije virusa, tako da bomo sledili in primerjali dinamiko struktur virusnih populacij med eksperimentalno evolucijo virusa v induciranih in neindurciranih rastlinah.
Rezultati projekta bodo prinesli novo znanje o rastlinskem imunskem sistemu in interakcijah med virusi, ki v rastlinah niso prisotni v isti časovni točki, s posebnim poudarkom pojasnitvi epigenetskih procesov, ki so vključeni v preučevane pojave. Izboljšano razumevanje teh procesov ne bo vplivalo le na razumevanje temeljne rastlinske biologije in epidemiologije rastlinskih virusov, pač pa bo lahko nadalje uporabljeno tudi v rastlinski biotehnologiji, kjer se nove, na epigenetiki temelječe metode za izboljšanje poljščin kažejo kot obetavna alternativa trenutno uporabljenim pristopom.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati projekta bodo imeli pomemben vpliv na razumevanje razvoja bolezni v rastlinah; omogočili bodo boljše razumevanje mehanizmov, ki so vključeni v rastlinah z mnogoterimi zaporednimi virusnimi okužbami. Raziskava različnih ravni sistema, ki jo predlagamo v tem projektu, bo prinesla nove podatke o kompleksni dinamiki bolezni, ki vključujejo več časovno ločenih dejavnikov ter bo relevantna tudi za naravne in kmetijske ekosisteme. Vplivala bo na razumevanje epidemiologije rastlin in bo zato pomembna za prihodnje epidemiološke modele. Novo pridobljeno znanje o epigenetskih spremembah po okužbi rastlin z različnimi virusi in podatki o odzivu rastlin bodo javno dostopni in tako bodo lahko integrirani v obstoječe in nove modele imunskega odziva rastlin. Novo razumevanje reprogramiranja rastlinskega epigenoma po okužbi z virusi bo lahko nadalje uporabljeno v kmetijski biotehnologiji, npr., za pripravo rastlin z inducirano rezistenco na viruse, z uporabo na epigenetiki temelječih pristopov, brez uporabe tehnologij genskega spreminjanja.
Pomen za razvoj Slovenije
The results of this project will have important implications for understanding of the disease development in plants, specifically, they will enable us to better understand the mechanisms switched on in plants with multiple subsequent virus infections. A multi-level investigation approach proposed in this research project will provide new data about the complex dynamics of diseases involving several temporally separated factors, and could be applied to the natural and agricultural ecosystems. This will have implications in understanding the epidemiology of diseases and will therefore be relevant in future epidemiological models. Moreover, the newly obtained knowledge about epigenetic changes after viral infection with different viruses and the data about the plants' response will be made available and could be integrated into existing and new models of plant immune signalling. Finally, the new understanding of the plant epigenome reprogramming after viral infections could be further exploited in agricultural biotechnology, e.g., to prepare plants with induced resistance to viruses, using an epigenetics based, non-GMO approach.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
