Rośliny uprawne, w tym jęczmień, narażone są na wiele czynników stresowych, biotycznych i abiotycznych, które w środowisku naturalnym najczęściej pojawiają się jednocześnie, rzadziej osobno. Takim przykładem są stresy suszy i wysokiej temperatury, które stanowią jedną z głównych przyczyn obniżających produktywność roślin. Podwyższenie temperatury oraz stałe ocieplanie klimatu, wpływa na intensyfikację parowania obniżając zawartość wody w glebie i zwiększając prawdopodobieństwo pojawienia się suszy.
Reakcja roślin na stres abiotyczny związana jest z ekspresją wielu genów zaangażowanych w zmiany procesów komórkowych, biochemicznych i fizjologicznych pozwalających na przystosowanie do warunków stresowych i ograniczenie negatywnych skutków.
– Występowanie stresu suszy i wysokiej temperatury podczas rozwoju generatywnego roślin może powodować przedwczesne starzenie się liści, co z kolei prowadzi do spadku efektywności fotosyntezy a w konsekwencji do przedwczesnego dojrzewania całej rośliny. Szczególnie ważna jest wtedy żywotność liścia flagowego i jego prawidłowa aktywność fotosyntetyczna, zwłaszcza gdy liście dolne zaczynają zasychać, gdyż liść ten w największym stopniu odpowiada za zaopatrzenie rozwijającego się kłosa w produkty asymilacji, mówi dr inż. Krzysztof Mikołajczak odpowiedzialny za projekt „Zmiany ekspresji genów na poziomie całego genomu liścia flagowego jęczmienia pod wpływem stresów abiotycznych działających symultanicznie” (NCN nr 2016/23/D/NZ9/00043).
– Mimo, iż prowadzono badania nad znaczeniem i rozwojem liścia flagowego, stosunkowo mało badań dotyczy charakterystyki molekularnej związanej ze zmianami ekspresji genów na poziomie całego genomu liścia flagowego w jęczmieniu. W kierowanym przeze mnie projekcie zaplanowano szczegółowe badania na poziomie transkryptomu, proteomu oraz fenomu, co przyczyni się do poszerzenia wiedzy w tym obszarze, kontynuuje naukowiec.
Dlaczego te badania dotyczą szczególnie jęczmienia i zbóż?
– To wynika ze specyfiki, profilu badawczego naszego zespołu (ładnych parę lat temu zapadła decyzja, żeby zająć się roślinami użytkowymi). Dlaczego jęczmień? Jęczmień coraz częściej uważany jest za roślinę modelową dla zbóż. Genom jęczmienia nie uległ poliploidyzacji, w przeciwieństwie do genomów innych gatunków zbóż np. pszenicy. Wysoki konserwatyzm genomów traw daje duże prawdopodobieństwo, że wyniki, które otrzymamy dla jęczmienia będzie można ekstrapolować na inne gatunki.
Założeniem projektu jest wyznaczenie genów, które mogą determinować odporność rośliny na różne czynniki stresowe działające jednocześnie.
– Uzyskane wyniki przyczynią się do rozbudowania adnotacji funkcjonalnej opublikowanego genomu jęczmienia. Co ważne wyniki będą rozpatrywane także na poziomie białek, tak aby wyznaczyć głównie geny, których ekspresja skutkuje w pełni funkcjonalnym białkiem, ponieważ to one pośredniczą w regulacji procesów życiowych rośliny, mówi dr inż. Mikołajczak.
Zintegrowane badania w projekcie znacząco wpłyną na wzbogacenie obecnej wiedzy o molekularnych podstawach odpowiedzi roślin na stresy abiotyczne.
– Wyniki analiz molekularnych rozważamy w kontekście zmian na poziomie całego fenotypu rośliny, w tym cech kształtujących plon ziarna. Pogłębione obserwacje fenotypowe (części nadziemnych jak i systemu korzeniowego) prowadzone są z wykorzystaniem platform wyposażonych w kamery o różnej długości fali (RGB, UV, NIR) umożliwiające pomiar cech dynamicznych w sposób niedestrukcyjny, w czasie rzeczywistym. Dostęp do takiej infrastruktury badawczej możliwy jest poprzez projekty, które realizuję w ramach European Plant Phenotyping Network 2020, kończy badacz.
Sebastian Wach
