Ústav genetiky a biotechnológií rastlín
Centrum biológie rastlín a biodiverzity
Slovenská akadémia vied
Oddelenie molekulárnej biológie a biotechnológií
Vedúci odelenia: Ing. Jana Libantová, CSc.
Vedeckí pracovníci:
RNDr. Radoslava Matúšová, PhD.
Doktorandi:
Technickí zamestnanci:
Anna Fábelová
Viera Majerčíková
Výskumná činnosť OMBB je zameraná na molekulárnu a biochemickú charakteristiku procesov prebiehajúcich v rastlinách vystavených biotickému a abiotickému stresu, ako aj procesom, ktoré prebiehajú počas vývinu rastlín.
1.Využitie génov pre hydrolytické enzýmy pri posilňovaní rastlín voči biotickému stresu
Gény pre hydrolytické enzýmy chitinázy a β-1,3-glukanázy pochádzajúce z mäsožravých rastlín zohrávajúce úlohu v obrane voči biotickému stresu resp. pri trávení zachytenej koristi zavádzame do bakteriálneho expresného systému s cieľom charakterizovať purifikované proteíny z hľadiska ich potenciálneho biotechnologického využitia. Gény, ktorých proteíny vykazujú výraznú schopnosť potlačiť rast fytopatogénov v podmienkach in vitro možno využiť pri biologickej ochrane rastlín, resp. pri príprave transgénnych rastlín s posilnenou obranou voči špecifickým biotickým faktorom. Enzýmy so zaujímavými kinetickými parametrami resp. produktami štiepenia možno využiť pri produkcii oligomérov s terapeutickými vlastnosťami.
Obr. 1 (a) Rastliny Drosera rotundifolia (Rosička okrúhlolistá) ako zdroj génov pre hydrolytické enzýmy (b) Zvýšená expresia génu pre chitinázu v bakteriálnom expresnom systéme (c) testy inhibície rastu huby Trichoderma viride v prítomnosti purifikovanej chitinázy (DrChit)
2. Štúdium vybraných fyziologických a molekulárnych parametrov zahrnutých v regenerácii a raste parazitických burín Phelipanche spp.
Špecifickú formu biotického stresu pre rastliny predstavujú aj parazitické rastliny. Parazitické rastliny rodov Phelipanche, Orobanche a Striga spp. (čeľaď Orobanchaceae, zárazovité) patria do skupiny ekonomicky významných koreňových parazitických burín s negatívnym vplyvom na produkciu poľnohospodárskych plodín. Výskum sa zameriava na získanie poznatkov o génoch a mechanizmoch, ktoré sa podieľajú na interakcii medzi týmito parazitickými rastlinami a hostiteľskými rastlinami. Jedným z kľúčových mechanizmov je rozpoznanie prítomnosti vhodnej hostiteľskej rastliny v pôde. Hostiteľ vylučuje do rizosféry látky, ku ktorým patria aj novoobjavené rastlinné hormóny - strigolaktóny. V našom výskume sa zameriavame na objasnenie biosyntézy, detekcie a funkcií strigolaktónov v rastlinách a ich úlohy v komunikácii s parazitickými rastlinami a inými mikroorganizmami.
Obr. 2
Phelipanche ramosa vyžaduje živiny a vodu z koreňov rajčiaka jedlého (Lycopersicon esculentum)
3.Štúdium funkcie génov dehydrínov z Arabidopsis thaliana v transgénnych rastlinách tabaku pri tolerancii voči ťažkým kovom
Súčasťou odpovede rastlín na rôzne typy abiotického stresu (vrátane ťažkých kovov) je modulácia obrany bunkového metabolizmu a produkcia celej rady proteínov, medzi ktoré patria aj dehydríny. V spolupráci s kolegami z Univerzity sv. Cyrila a Metoda v Trnave riešime problematiku štúdia konštitutívnej expresie dehydrínových génov z arábkovky thálovej (Arabidopsis thaliana) z hľadiska zvýšenia tolerancie transgénnych rastlín tabaku voči vybraným typom abiotického stresu s dôrazom na ťažké kovy (kadmium, meď a zinok). Výsledky našej práce poukazujú na pravdepodobnú schopnosť dehydrínových génov z A. thaliana viazať kovové ióny v transgénnych rastlinách tabaku počas stresu. Takéto rastliny by vďaka akumulácii ťažkých kovov (kadmia) v podzemných častiach rastliny mohli byť použité pri rizofiltrácii týchto kovov z pôdy.
Obr. 3 (a) Celkové množstvo akumulovaného kadmia v netransgénnych NT a transgénnych T1 rastlinách (T1-1, T1-14) po 10. dňoch ich rastu v prítomnosti 50 μM CdCl2. (b) Distribúcia kadmia v koreňoch a nadzemných častiach NT rastlinách a transgénnych T1 rastlinách (T1-1, T1-14) po 10. dňoch ich rastu v prítomnosti 50 μM CdCl2. (c) Príjem kadmia koreňmi netransgénnych NT rastlín a transgénnych T1 rastlín po dobu 10 dní.
4. Štúdium extracelulárneho proteómu ihličnanov všeobecne, ako aj v súvislosti s procesom somatickej embryogenézy
Extracelulárne proteíny (EP) zahŕňajú proteíny bunkovej steny a proteíny sekretované do extracelulárneho priestoru. Tieto proteíny plnia dôležité funkcie počas vývinu a tiež pri odpovedi na podmienky prostredia. Vysoko zastúpenou skupinou proteínov sú glykozid hydrolázy a proteázy s potenciálnym využitím v biotechnológiách. Somatická embryogenéza predstavuje účinný regeneračný systém, vhodný na štúdium základných otázok vývinu rastlín ako aj vhodnú metódu vegetatívneho rozmnožovania ihličnatých drevín pomocou in vitro kultúr. Zameriavame sa na štúdium zmien akumulácie extracelulárnych proteínov, ku ktorým dochádza počas somatickej embryogenézy u Pinus nigra Arn. (borovica čierna) s využitím proteomických a biochemických metód. Naše výsledky môžu viesť k lepšiemu pochopeniu procesu somatickej embryogenézy a navrhnutiu potenciálnych markerov embryogénnej kapacity.
Obr. 4 Schématické zobrazenie experimentu. Ukážka separácie proteínov na 2-DE géloch a lokalizácia proteínov vykazujúcich štatisticky preukazné kvantitatívne zmeny.