Projekti / Programi
Biotehnologija in sistemska biologija rastlin
01. januar 2022
- 31. december 2027
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.00 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.04 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijska biotehnologija |
sistemska biologija rastlin, stres, povzročitelji bolezni, epidemiologija, biotehnološke in biološke metode varstva rastlin, GSO, tehnološka platforma, kvan. določanje nukleinskih kislin, bioinformatika, metrologija, modeliranje omrežji, detekcija, mehanistično modeliranje, suša, sintezna biologija
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
25. junij 2024;
A3 za obdobje
2018-2022
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
549 |
13.122 |
11.207 |
20,41 |
| Scopus |
611 |
15.284 |
13.070 |
21,39 |
Raziskovalci (33)
Organizacije (1)
Povzetek
V prihodnjih desetletjih ne bo več okoljsko vzdržno povečevati kmetijskih zemljišč, da bi zagotovili hrano naraščajočemu svetovnemu prebivalstvu. Namesto tega bo treba povečati donos na hektar in hkrati zmanjšati izgube v distribucijski verigi in predelavi hrane. Predlagani raziskovalni program se s ciljem zagotoviti orodja in znanje za trajnostno kmetijstvo prihodnosti, osredotoča na razumevanje odzivov rastlin na abiotski in biotski stres, ki povzročata velike izgube pridelka. Izvirnost predloga je v multidisciplinarnem pristopu, ki vključuje občutljive in generične pristope odkrivanja povzročiteljev bolezni rastlin, kvantitativna orodja za molekularno biologijo, bioinformatiko, populacijsko genetiko in multiomske analize ter matematično modeliranje sistemov. To nam bo omogočilo spremljanje širjenja mikroorganizmov ter pametni nadzor in napovedovanje povezanih tveganj bolezni, Znanstveni preboj bo predstavljal tudi celovit vpogled v dinamiko stresnega odziva rastline v zapletenih razmerah, podobnim naravnim, kar bo osnova za razvoj novih strategij za zaščito poljščin in novih agronomskih praks. Specifični cilji raziskave so: o preučiti odzive rastlin v kompleksnih okoljih z uporabo kombinacije sistemske, sintetične in celične biologije ob upoštevanju več molekularnih ravni pri visoki prostorsko-časovni ločljivosti o preučiti biologijo, raznolikost, epidemiologijo, razvoj in razširjanje patogenih in nepatogenih mikroorganizmov, povezanih z rastlinami, ter razviti zanesljive vrhunske teste za njihovo odkrivanje in karakterizacijo o razviti nove strategije varstva rastlin in strategije za varnost hrane, ki temeljijo na trajnostnih biotehnoloških metodah o nadgraditi tehnološko platformo za podporo novemu razvoju orodij sistemske in kvantitativne molekularne biologije ter razviti napredno, meroslovno zanesljivo tehnološko podporo za ta orodja, ki so lahko uporabna na področjih farmakologije, zdravja ljudi in okolja Najsodobnejša tehnološka platforma bo tudi v naprej zagotavljala inovacije. Prav zaradi napredne tehnologije smo bili že do sedaj uspešni pri prenosu tehnologij in tudi v prihodnje bomo metodološke novosti prenašali na različna biotehnološka področja ter tesno sodelovali z industrijo. Ustvarjeno znanje se bo prenašalo na študente in mlajše raziskovalce iz Slovenije in tujine. Nadaljevali bomo odlično sodelovanje v mednarodnem znanstvenem okolju, v okviru evropske znanstvene infrastrukture in z evropsko mrežo laboratorijev za določajo gensko spremenjene organizme ter kot partner referenčnih laboratorijev Evropske unije na področju zdravstvenega varstva rastlin.
Pomen za razvoj znanosti
Kmetijstvo na eni strani ogroža kakovost podzemnih voda, na drugi strani pa naraščajoče svetovno prebivalstvo zahteva povečanje proizvodnje hrane, zato so potrebne večje spremembe v kmetijskih praksah. Razumevanje temeljnih načel interakcije kmetijskih rastlin z njihovim okoljem je ključnega pomena za prehransko varnost po vsem svetu. Mehanizmi odzivanja rastlin na okolje trenutno še niso dobro razumljeni. Študije imunske signalizacije rastlin so v preteklosti pogosto vodile do nasprotujočih si ugotovitev. Primer je interakcija med signalizacijo JA in SA, ki pri večini rezultatov kaže antagonizem, medtem ko so v nekaterih študijah poročali o sinergizmu. Poleg tega se iste komponente imunske signalizacije odzivajo tako v interakciji s koristnimi mikrobi kot tudi z patogeni in škodljivci, vendar z različno hitrostjo in intenzivnostjo. Še več, omrežje imunske signalizacije se močno prekriva z omrežjem signalizacije odziva na abiotski stres. Iz navedenega izhaja, da so lastnosti celotnega omrežja in ne posamezne signalne komponente pomembne za učinkovit odziv na stres. S predlaganim programom bomo s kombinacijo sintetične in sistemske biologije prvič omogočili vpogled v dinamiko odziva rastlin. Rezultati bodo predstavljali preboj k razumevanju signalnih mehanizmov v kompleksnih razmerah z multiplimi stresorji, ki bodo podobne naravnim razmeram v pridelavi kmetijskih rastlin. Poleg tega bo izvedba multiomične analize na ravni posameznih celic in tkiv omogočila boljše temeljno razumevanje heterogenosti celic ter njihove komunikacije in organizacije znotraj tkiv, kar je področje, ki je v rastlinskih znanostih šele na začetku. Razširitev raziskav sestave mikrobnih populacij kmetijskih in drugih rastlin, bo pripomogla k vzpostavitvi osnovnega kataloga škodljivih in neškodljivih povzročiteljev bolezni, kar bo pripomoglo k razumevanju škodljive vloge patogenov pri gojenju poljščin in hkrati omogočilo razvoj natančne diagnostike in drugih orodji za preprečevanje prihodnjih izbruhov in epidemij. Raziskave o evoluciji virusov nam bodo omogočile boljše razumevanje dejavnikov, ki so odgovorni za prilagajanje in (ponovni) izbruh virusov, kar je ključno za doseganje optimalnih strategij varstva rastlin. Izboljšane strategije varstva rastlin so nujne za zmanjšanje gospodarskih izgub, ki jih povzročajo rastlinski povzročitelji bolezni in škodljivci ter hkrati za zagotovitev trajnosti kmetijske pridelave "od njive do krožnika". Nekateri geni, za katere bomo odkrili, da so vključeni v stresno signalizacijo, bodo uporabni za označevalce zgodnjega odkrivanja bolezni, odpornosti in ozdravljenja ter možne tarče biološkega nadzora bolezni. Rezultati raziskovanja bodo tako imeli velik pomen pri pripravi novih strategij in orodij za varstvo rastlin ter pri zagotavljanju varne hrane in vode. Nenazadnje predlagana najsodobnejša tehnološka platforma, skupaj z naprednimi eksperimentalnimi zasnovami, omogoča razvoj inovacij ne samo v kmetijstvu ampak tudi v biotehnologiji in farmaciji
Pomen za razvoj Slovenije
Zdaj je splošno priznano, da človeško preživetje na zemlji ni odvisno samo od našega zdravja, ampak tudi od zdravja našega biotskega in abiotskega okolja. Koncept "Eno zdravje" (ang. "One Health"), s katerim so naše raziskave tesno povezane, zato ne vključuje le javnega zdravja, temveč tudi varnost hrane in varstvo okolja. Naša raziskava bo zagotovila orodja za proizvodnjo varnih živil za potrošnike, za zmanjšanje okoljskega odtisa kmetijstva in za izboljšanje zdravstvenih in ekonomskih razmer za kmete. Naše raziskave so tudi v skladu s pobudo EU za zdrava tla, ki je del strategije biotske raznovrstnosti, ki jo bomo izboljšali z uporabo novih strategij zaščite pridelkov. Ob upoštevanju geografske lege Slovenije in sedanjih agro-ekonomskih gibanj bomo raziskali zlasti rastlinske povzročitelje, ki so že bili prisotni v Sloveniji, ali njihov pojav pričakujemo v bližnji prihodnosti. Tako abiotski kot biotični stresorji povzročajo velike izgube pridelka, kar predstavlja velik socialno-ekonomski problem za kmete v Sloveniji in po svetu ter pomembno vpliva na ceno hrane, kar zmanjšuje kupno moč prebivalstva in zlasti ogroža socialno najšibkejše skupine. Pridobljeno znanje se bo v nadaljevanju uporabljalo za oblikovanje novih inovativnih strategij za zaščito pridelkov. Razvili bomo lahko na znanju temelječe označevalce za žlahtnjenje, kar je predpogoj za natančno žlahtnjenje prihodnosti. S tem pristopom lahko dolgoročno oblikujemo rastline, odporne na različne okoljske biotske in abiotske stresorje. Mikroorganizmi so nedvomno eden najpomembnejših dejavnikov zdravja ekosistemov. Naši pripravki za zdravstveno varstvo pridelkov, ki temeljijo na raziskavah mikroorganizmov, veljajo za obetavno strategijo za izboljšanje trajnostne proizvodnje hrane in zanesljive preskrbe s hrano. Združeni narodi in EU so prepoznali pomen in potencial inovacij na področju mikrobiomov, zato so bili vključeni v strategijo bio-ekonomije in zeleni dogovor (ang. Green Deal). Razumevanje epidemiologije bolezni in dovzetnosti kmetijskih rastlin v različnih okoljih bo pripomoglo k oblikovanju izboljšanih kmetijskih praks. Predlagana tehnološka platforma, ki vključuje najsodobnejše tehnologije, strokovno znanje in orodja za bioinformatiko, zagotavlja in bo tudi v prihodnje zagotavljala razvoj inovacij. Novo zasnovana orodja za sintetično biologijo bodo prispevala tako k razvoju sintetične biologije rastlin kot tudi k različnim biotehnološkim aplikacijam. Razvite aplikacije, aplikacije v razvoju in izdelana orodja bodo omogočili uvajanje mehanističnega modeliranja v rastlinskih znanostih in širše. Meroslovni vidiki raziskave bodo trdna podlaga za zanesljivo kvantifikacijo in kvalifikacijo nukleinskih kislin in celic. Najprej se bodo začeli izvajati meroslovni pristopi za uskladitev mednarodnih pristopov odkrivanja in določanja GSO ter človeških in rastlinskih patogenov. Metodološke novosti bomo lahko prenesli na različna druga biotehnološka področja, vključno s prenosi v industrijo. V preteklem obdobju smo bili člani slovenskih centrov odličnosti COBIK in KC-Brin ter sodelovali v konzorcijih javno-zasebnega partnerstva za proizvodnjo bioloških zdravil in cepiv Biopharm.si. Ponujamo in bomo še naprej ponujali inovativne tehnološke rešitve za slovenska in svetovna podjetja (npr. BIA doo, Lek-Novartis, BIA Separations-Sartorius, Agdia, Promega, Dechra, AciesBio, HZPC). Tak pristop je že privedel do odcepitve dveh podjetij iz naše skupine, zelo uspešne Biosistemike (https://biosistemika.com/) in laboratorija Niba Labs, ustanovljenega v letošnjem letu. Na področju razvoja in validacije metod za odkrivanje GSO smo eden vodilnih partnerjev v evropski mreži laboratorijev za GSO (ENGL). Vsi rezultati predlaganega programa, povezani z varstvom rastlin, se neprestano prenašajo na nacionalne in evropske organe za varstvo rastlin. Več članov raziskovalne skupine je aktivnih članov odborov Evropske organizacije za varstvo rastlin (EPPO) in smo partnerji v dveh od petih referenčnih laboratorijev Evropske unije na področju zdravstvenega varstva rastlin: EURL za bakterije in EURL za viruse, viroide in fitoplazme. Pravočasno prepoznavanje potencialnih novih patogenov in sledenje njihovemu širjenju je bistvenega pomena za preprečevanje in zmanjševanje gospodarske škode v kmetijstvu. Aktivno sodelujemo tudi v evropskih infrastrukturah; smo vodja skupnosti Plant Science Community v okviru infrastrukture za bioinformatiko ELIXIR in aktivno promoviramo sistemsko biologijo znotraj iste infrastrukture. Oddelek za biotehnologijo in sistemsko biologijo je tudi nosilec nacionalnega merilnega standarda za količino snovi v živilih rastlinskega izvora (NNE) na področju varnosti živil. Ustvarjena znanstvena dognanja se, z vključevanjem članov programa na podiplomski in podiplomski študij različnih univerz, učinkovito prenašajo na študente in mlajše raziskovalce iz Slovenije in tujine. Člani skupine sodelujejo v mrežah Marie Curie ITN, kot je INEXTVIR MSCA ITN, ki jo koordinira NIB (Maja Ravnikar). Naši diplomanti pogosto nadaljujejo kariero v industriji, zato prispevamo k regionalnemu razvoju človeških virov. Člani programa sodelujejo in vodijo več mednarodnih projektov (opisanih v poglavju D32), zato bo program močno vključen v mednarodne raziskovalne trende, kar bo omogočilo učinkovito razširjanje rezultatov programa in zagotovilo uporabo najsodobnejših znanj tudi v Sloveniji. Člani raziskovalne skupine svoje rezultate redno objavljajo v medijih, sodelujejo v javnih razpravah in kot gostje televizijskih in radijskih oddaj dogodkih. So tudi organizatorji dogodkov za promocijo znanosti (npr. Noč raziskovalcev, Dan očarljivih rastlin).
