NIB

prof. dr. Kristina Gruden

Working place: znanstvena svetnica, vodja delovne enote

Telephone number: 059 23 28 24
Email: kristina.gruden@nib.si
Department: Oddelek za biotehnologijo in sistemsko biologijo

Osrednja tema mojega raziskovanja je razumevanje delovanja celic na molekularnem nivoju in integracija tega znanja na razumevanje delovanja organizmov. Vzporedno pa se ukvarjam tudi z razvojem metodologij, ki take raziskave omogočajo. Tako metod kvantitativne molekularne biologije, moje posebno veselje pa je interdiciplinarno delo, to je integracija bioloških znanj s statistiko, računalništvom in matematiko.  



Interakcije med rastlinami in njihovimi patogeni in škodljivci

Interakcije med rastlinami in njihovimi škodljivci proučujemo z namenom, da se poišče način za biotsko zaščito rastline. Naša modelna rastlina je krompir (Solanum tuberosum L.), v delo pa smo vključili še najpomembnejši virusni patogen PVY in ekonomsko najpomembnejšega škodljivca koloradskega hrošča. S svojim delom želimo identificirati ključne komponente obrambnega sistema krompirja, ki določajo izid interakcije – bolezen, toleranco ali rezistenco. S transkriptomskimi časovnimi vrstami najprej poskušamo dobiti pregled nad procesi vključenimi v obrambo oz v razvoj bolezni. V drugi fazi sledi funkcionalna analiza izbranih genov. V zadnjem času smo nadgradili poskuse še s proučevanjem metabolitov (GC-MS) in proteinov (2D-PAGE, LC-MS-MS) ter z razvojem metod za integracijo podatkov iz različnih nivojev. Na primer, za analizo podatkov krompirja smo razvili metodo MapMan, ki omogoča vizualizacijo omskih podatkov v metabolnih in signalizacijskih poteh. Na podoben način proučujemo tudi odziv koloradskega hrošča na obrambne molekule v listih krompirja.




IT's all About NETWORKS!



smallRNA regulation of different hormonal modules.



Novel link between ethylene and salicylic acid modules.

Fitoplazme so z vidika razvoja alternativnih zaščit rastline zelo zanimive, saj kot intracelularni organizmi niso dostopni za običajna kemična sredstva za zaščito. Tudi v primeru teh raziskav smo v prvi fazi proučevali odzive rastline na okužbo s metodami PCR v realnem času in DNA mikromrežami. V tem primeru smo proučevali posamezne organizme v njihovem naravnem okolju, to je v vinogradih, zato so pridobljeni podatki ekološko in agronomsko relevantni. Nekaj izbranih publikacij:

  • Ž Ramšak, A Coll, T Stare, O Tzfadia, Š Baebler, Y Van de Peer, K Gruden: Network Modeling Unravels Mechanisms of Crosstalk between Ethylene and Salicylate Signaling in Potato. Plant physiology 178 (1), 488-499 http://www.plantphysiol.org/content/178/1/488
  • T Lukan, Š Baebler, M Pompe-Novak, K Guček, M Zagorščak, A Coll, K Gruden. Cell death is not sufficient for the restriction of Potato Virus Y spread in hypersensitive response-conferred resistance in potato. Frontiers in Plant Science 9, 168 https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2018.00168/full
  • SD Schoville, YH Chen, MN Andersson, JB Benoit, A Bhandari, …, M Petek, K Gruden... A model species for agricultural pest genomics: the genome of the Colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata (Coleoptera: Chrysomelidae) Scientific reports 8 (1), 1931 https://www.nature.com/articles/s41598-018-20154-1
  • M Križnik, M Petek, D Dobnik, Ž Ramšak, Š Baebler, S Pollmann, JF Kreuze, J Žel, K Gruden. Salicylic acid perturbs sRNA-gibberellin regulatory network in immune response of potato to Potato virus Y infection. Frontiers in plant science 8, 2192 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5744193/
  • T Stare, Ž Ramšak, A Blejec, K Stare, N Turnšek, W Weckwerth, S Wienkoop, D Vodnik, K Gruden. Bimodal dynamics of primary metabolism-related responses in tolerant potato-Potato virus Y interaction. BMC genomics 16 (1), 716 https://bmcgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12864-015-1925-2
  • Petek M, Rotter A, Kogovšek P, Baebler Š, Mithöfer A and Gruden K. Potato virus Y infection hinders potato defence response and renders plants more vulnerable to Colorado potato beetle attack Molecular Ecology, Volume 23, 5378–5391, 2014 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mec.12932/pdf
  • Baebler Š, Witek K, Petek M, Stare K, Tušek-Znidaric M, Pompe-Novak M, Renaut J, Szajko K, Strzelczyk-Zyta D, Marczewski W, et al. 2014. Salicylic acid is an indispensable component of the Ny-1 resistance-gene-mediated response against Potato virus Y infection in potato. Journal of experimental botany 65, 1095–1109. http://jxb.oxfordjournals.org/content/early/2014/01/12/jxb.ert447
  • Kežar A, Kavčič L, Polák M, Nováček J, Gutiérrez-Aguirre I, Žnidarič MT, Coll A, Stare K, Gruden K, Ravnikar M, Pahovnik D, Žagar E, Merzel F, Anderluh G, Podobnik M. Structural basis for the multitasking nature of the potato virus Y coat protein. Sci Adv. 2019 Jul 17;5(7):eaaw3808. doi: 10.1126/sciadv.aaw3808. https://advances.sciencemag.org/content/5/7/eaaw3808.abstract


Patenti in patentne prijave:
  • JONGSMA, Maarten Anthonie, ŠTRUKELJ, Borut, LENARČIČ, Brigita, GRUDEN, Kristina, TURK, Vito, BOSCH, Hendrik J., STIEKEMA, Willem J. Johannes. Method for plant protection against insects or nematodes by transformations with a nucleic acid encoding equistatin : Patent number: WO98/58068 : United States Patent 6,861,578. [S.l.: s.n.], March 1, 2005. 80 str.
  • ISTINIČ, Ida, BUH GAŠPARIČ, Meti, SABOTIČ, Jerica, GRUDEN, Kristina, BRZIN, Jože, ŽEL, Jana. Makrocipin : številka prijave: P-201100304 z dne 10.8.2011. Ljubljana: Urad RS za intelektualno lastnino, 2011. 26 str.
  • DOBNIK, David, BAEBLER, Špela, ŽEL, Jana, GRUDEN, Kristina, ŠTEBIH, Dejan. Uporaba glikozidaz in glikoziltransferaz za povečano proizvodnjo proteinov : SI 23374 (A), 2011-11-30. Ljubljana: Urad RS za intelektualno lastnino, 2011. 11 str.
 

Sistemska biologija

Vzporedno z razvojem metodologije za proučevanje profila izražanja genov na nivoju celega genoma, smo začeli vzpostavljati tudi bioinformatski sistem za učinkovito analizo pridobljenih podatkov.

Metodologija je vzpostavljena v tesnem sodelovanju z biostatistiko in metodami strojnega učenja. Osnovni gradniki so avtomatske obdelave in anotacije genskih zaporedij, avtomatske obdelave in biostatistične analize podatkov DNA mikromrež in pa sklop meta-analiz, kjer znanje pridobljeno v prvih dveh sklopih povezujemo z podatki iz literature in podatki, ki jih pridobimo v drugih tipih 'omskih' eksperimentov.

Pripravili smo tudi strukturni model obrambnega mehanizma rastlin, kar je osnovni gradnik za modeliranje in predikcije v sistemski biologiji. Interaktivna oblika modela, ki se ga lahko odpre s programom Cytoscape, je na voljo tukaj.

Orodja razvita v sodelovanju z IJS:
  • Orodje za odkrivanje povezav v znanju (http://biomine.ijs.si/), trenutno na voljo za analizo vloge genov pri človeku, miši, podgani in arabidopsisu
  • orodje za semantično analizo podatkov DNA mikromrež (http://segmine.ijs.si/)
  • podatkovna baza ontologije rastlinskih genskih anotacij (http://www.gomapman.org/), na strani lahko dobite najnovejše genske ontologije v obliki primerni za delo z GSEA in MapMan orodji. Trenutno na voljo za arabidopsis, riž, krompir, paradićnik, kakav in sladkorno peso.


Izbrane publikacije:

M Zagorščak, A Blejec, Ž Ramšak, M Petek, T Stare, K Gruden. DiNAR: revealing hidden patterns of plant signalling dynamics using Differential Network Analysis in R. Plant methods 14 (1), 78 https://plantmethods.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13007-018-0345-0

R Schwacke, GY Ponce-Soto, K Krause, AM Bolger, B Arsova, A Hallab, K Gruden, M Stitt, ME Bolger, B Usadel. MapMan4: a refined protein classification and annotation framework applicable to multi-omics data analysis. Molecular plant 2019. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205219300085

Ramšak Ž, Baebler Š, Rotter A, Korbar M, Mozetič I, Usadel B, Gruden K. 2014. GoMapMan: integration, consolidation and visualization of plant gene annotations within the MapMan ontology. Nucleic acids research 42, D1167–75. doi: 10.1093/nar/gkt1056. http://nar.oxfordjournals.org/content/42/D1/D1167.full

Podpečan V, Ramšak Ž, Gruden K, Toivonen H, Lavrač N. Interactive exploration of heterogeneous biological networks with Biomine Explorer. Bioinformatics. 2019 Jun 24. pii: btz509. doi: 10.1093/bioinformatics/btz509. https://academic.oup.com/bioinformatics/advance-article/doi/10.1093/bioinformatics/btz509/5522368

Razvoj metod kvantitativne molekularne biologije

V okviru projekta coextra (www.coextra.org) smo izvedli obsežne raziskave na področju razvoja metod za kvantitativne analize nukleinskih kislin. Razvijamo alternativne načine za detekcijo na diagnostičnih mikromrežah. Preizkušamo pa tudi različne alternative 5' nukleaznem testu za spremljanje nukleinskih kislin v realnem času. Namen teh raziskav je pridobiti bolj natančne, bolj robustne ali cenejše kvantitativne metode uporabne v diagnostiki GSO. Kvantitativne molekularno biološke metode, ki bi bile tako hitre, kot tudi robustne, so nujno potrebne za pridobivanje bioloških podatkov v konceptu sistemske biologije. Razvili smo novo metodo pomnoževanja tarče za analizo vzorcev z nizko vsebnostjo DNA v kombinaciji z DNA mikromrežami. Metoda je preizkušena in vzpostavljena na področju detekcije GSO, možna pa je tudi njena uporaba na drugih področjih.


Izbrane publikacije:

Š Baebler, M Svalina, M Petek, K Stare, A Rotter, M Pompe-Novak, K Gruden. quantGenius: implementation of a decision support system for qPCR-based gene quantification. BMC bioinformatics 18 (1), 276 https://bmcbioinformatics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12859-017-1688-7

MORISSET, Dany, DEMŠAR, Tina, GRUDEN, Kristina, VOJVODA, Jana, ŠTEBIH, Dejan, ŽEL, Jana. Detection of genetically modified organisms-closing the gaps : to the editor. Nat. biotechnol., 2009, vol. 27, no. 8, 9 str. http://dx.doi.org/10.1038/nbt0809-700, JCR IF (2008): 22.297 

MORISSET, Dany, DOBNIK, David, HAMELS, Sandrine, ŽEL, Jana, GRUDEN, Kristina. NAIMA: target amplification strategy allowing quantitative on-chip detection of GMOs. Nucleic acids res., 2008, issue 18, vol. 36, 11 str. http://dx.doi.org/10.1093/nar/gkn524

CANKAR, Katarina, ŠTEBIH, Dejan, DREO, Tanja, ŽEL, Jana, GRUDEN, Kristina. Critical points of DNA quantification by real-time PCR-effects of DNA extraction method and sample matrix on quantification of genetically modified organisms. BMC Biotechnol, 2006, vol. 6, no. 37.



Pedagoške aktivnosti

V letih 1995 do 1999 sem se pedagoško udejstvovala kot asistent pri predmetu Molekularna biologija, študij Mikrobiologije in Genetika, študij biologija-kemija in biologija-gospodinjstvo, Pedagoška fakulteta. Po letu 2004 pa sem predavala pri predmetu Rastlinska biokemija, študij biokemije, Rastlinska biokemija in molekularna biologija in predmetu Osnove rastlinske in živalske biotehnologije, študij biologije v Univerzi v Ljubljani ter pri predmetu Rastlinska fiziologija in biotehnologija, za študij okolja in študij vinogradništva, Politehnika Nova Gorica. Trenutno sodelujem pri naslednjih predmetih:
  • Rastlinska biokemija, Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za biologijo, dodiplomski študij biologije, nekaj predavanj najdeš tukaj
  • Rastlinska biokemija (nosilca: dr. Kristina Gruden in dr. Samo Kreft), Univerza v Ljubljani, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Univerzitetni študijski program biokemija (izbrana poglavja)
  • Biologija rastlinskih sistemov (nosilca prof. Regvar in prof. Gruden), Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, doktorski študij Bioznanosti
  • Sledenje pomnoževanja DNA v realnem času (nosilec prof. Gruden), Univerza v Ljubljani, Medicinska fakulteta, doktorski študij Biomedicine

Zanimive povezave: