Projekti / Programi
Asimetrija celičnih procesov v odpadanju listov in cvetov paradižnika
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.03.04 |
Naravoslovje |
Biologija |
Rastlinska fiziologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| B310 |
Biomedicinske vede |
Fiziologija žilnih rastlin |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.06 |
Naravoslovne vede |
Biologija |
odpadanje; paradižnik; Solanum Lycopersicum; programirana celična smrt; RNaza LX; etilen; endoreduplikacija
Raziskovalci (9)
Organizacije (2)
Povzetek
Abscizija je proces, v katerem se različni rastlinski organi, vključno z listi, cvetovi in plodovi, na zelo nadzorovan način ločijo od matične rastline. Abscizija je naravna stopnja v razvoju rastline in poteka specifično v tkivu abscizinskega območja (AZ). AZ je nameščeno na bazi organa, ki bo odpadel - med plodom, cvetom ali listom in rastlinskim telesom. Sestavljeno je iz nekaj plasti diferenciranih celic. AZ ima ključno vlogo v procesu abscizije. O molekulskem nadzoru abscizije je malo znanega. V naši predhodni študiji smo pokazali, da je v abscizijo paradižnikovih listov in cvetov vključena programirana celična smrt (PCD) ter nakazali, da so različni procesi v AZ razporejeni asimetrično med proksimalno in distalno stranjo AZ.
V predlaganem projektu želimo določiti še druge značilnosti opažene asimetrije in nadalje raziskovati funkcionalni pomen abscizije listov in cvetov pri paradižniku. Preučevali bomo: (a) domnevno visoko metabolno aktivnost in membranski transport v celicah na proksimalni strani AZ, vključno s procesom endoreduplikacije; (b) tipe PCD v AZ; (c) biosintezo in zaznavanje etilena; (d) gene povezane z metabolizmom in modifikacijami celične stene in globalne transkriptomske spremembe v zadnjih stopnjah abscizije; in (e) ali inhibicija PCD vodi v inhibicijo abscizije. Spremembe v izražanju specifičnih genov bomo raziskovali z RT-PCR v realnem času; z in situ hibridizacijo in imunolokalizacijo bomo določali mesto izražanja genov in njihovih proteinskih produktov v AZ. Geni, ki jih bomo raziskovali, so RNaza LX, ACC oksidaza (vključena v biosintezo etilena), poligalakturonaze, vakuolarna proteaza s kaspazam podobno aktivnostjo, TBN1 nukleaza in NADPH oksidaza. Ultrastrukturne spremembe v AZ listov in cvetov bomo raziskovali s transmisijskim elektronskim mikroskopom (TEM). Za dosego nekaterih ciljev bomo uporabili pristope funkcijske genomike.
Z rezultati predlagane raziskave bomo dobili nove informacije, nujne za določitev funkcionalnega pomena asimetričnosti AZ in potrditev predlaganih hipotez. Rezultati lahko pomembno prispevajo k: (1) poznavanju funkcionalne organiziranosti AZ v zadnjih stopnjah abscizije in pomen ločitve mašinerije za ločitev celic od drugih dejavnikov (etilen, Rnaza LX, PCD); (2) vlogo PCD v procesih, povezanih z etilenom ali v drugem, še neznanem mehanizmu abscizije; (3) vlogo etilena kot signala za indukcijo Rnaze LX in PCD med abscizijo. Izsledki raziskave bodo prispevali k splošnemu znanju o absciziji, ki je še vedno zelo omejeno. Prav tako pa bodo tudi neposredno prenosljivi v kmetijstvo in biotehnologijo pri nadzoru abscizije plodov in spreminjanju časa abscizije.
Raziskavo bodo izvajale tri zelo komplementarne in izkušene raziskovalne skupine. Dva partnerja sta iz Slovenije: Laboratorij za eksperimentalno botaniko na Oddelku za biologijo, Biotehniške fakultete, Univerze v Ljubljani in Oddelek za biotehnologijo in sistemsko biologijo na Nacionalnem inštitutu za biologijo. Tretji partner je raziskovalna skupina dr. Amnona Lersa z Volcani Center, Agricultural Research Organization, Department of Postharvest Science of Fresh Produce v Izraelu. Vsi trije partnerski laboratoriji so najsodobneje raziskovalno opremljeni, kar omogoča pridobitev najkakovostnejših rezultatov in popolno izvedljivost predlaganega projekta.
Pomen za razvoj znanosti
Glede na pomembnost odpadanja rastlinskih organov, predvsem plodov, znanstveniki abscizijo raziskujejo že desetletja. A raziskave so bile večinoma omejene na morfologijo celic v abscizinskem območju. Posledično o molekulskih osnovah procesa vemo zelo malo. Še več, večina spoznanj o odpadanju delov rastline prihaja predvsem iz raziskav abscizije venčnih listov pri modelni rastlini Arabidopsis. Pri tem ni jasno, ali so rezultati tega eksperimentalnega sistema ustrezni tudi za razumevanje abscizije plodov in listov kmetijsko pomembnih rastlin, kot je paradižnik. Rezultati raziskave pomembno prispevajo k zapolnitvi te vrzeli in bi v prihodnosti lahko vodili k možnosti biotehnološkega nadzora procesa. Rezultati o vključenosti RNaze LX, vlogi programirane celične smrti v abscizinskem območju in določitvi mesta biosinteze etilena odpirajo povsem nove biotehnološke vidike uporabe molekulskih orodij pri vseh poljščinah, kjer je za količino in kvaliteto pridelka pomembna abscizija. Nadzor in možnost biotehnološkega spreminjanja odpadanja delov rastline ali raztresanja semen imata velik potencialen ekonomski vpliv. Raziskava bi lahko vodila do novega biotehnološkega pristopa za spreminjanje odpadanja plodov v dobro kmetijstva in naj bi imela širok spekter aplikacij pri različnih poljščinah, predvsem v nadzoru biosinteze in zaznavanja etilena, ter encimov za ločevanje celic, kar se je izkazalo ključno za potek abscizije.
Pomen za razvoj Slovenije
V raziskavi smo nadaljevali z mednarodnim sodelovanjem z laboratorijem dr. Amnona Lersa z Volcani Centra v Izraelu, kar je velika priložnost za skupno uporabo znanstvenih rezultatov, pomembnih tako za Slovenijo kot za Izrael. Še naprej smo povezovali poglobljeno izraelsko znanje s področja biotehnoloških pristopov pri proizvodnji paradižnikov s slovenskimi izkušnjami na področju rastlinske in celične fiziologije, mikroskopskih in slikovnih tehnik, transkriptomike in bioinformatskih pristopov. Raziskava bi lahko vodila do novih biotehnoloških pristopov za spreminjanje odpadanja plodov v dobro kmetijstva doma in po svetu in naj bi imela širok spekter aplikacij pri različnih poljščinah.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
