Projekti

Biotehnologija in sistemska biologija rastlin

Holder: izr. prof. dr. Maja Ravnikar

Code: P4-0165

Duration: 1. 1. 2015 - 31. 12. 2020

Raziskovalni program P4-0165, v letnem obsegu  4,69 FTE, cenovne kategorije D financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije iz državnega proračuna.

Predlagani raziskovalni program podpira odličnost v znanosti in poučevanju na vseh ravneh univerzitetnega izobraževanja s področij biotehnologije in varne hrane. Je tudi tesno povezan s strokovnim delom za slovenske vladne organizacije in različna podjetja, ki so povezana s kmetijstvom, okoljem, varno hrano ter z biotehnološko in farmacevtsko industrijo. 

V programu bomo nadaljevali z raziskovanjem odgovorov rastlin na stres z orodji sistemske biologije, s katerimi se ustvarja velikanska količina podatkov o bioloških sistemih. Da bi integrirali vse te podatke o dinamičnih interakcijah med geni, molekulami RNA, proteini in metaboliti v večnivojski model, so nujni novi pristopi in orodja za analizo in interpretacijo podatkov. Ker so pri naših raziskavah glavni stresorji mikroorganizmi, so nujne raziskave njihove biologije. Na osnovi pridobljenega znanja bomo nadaljevali z razvijanjem novih trajnostnih strategij za varstvo rastlin in z razvijanjem metod za zagotavljanje varne hrane in vode.

Glavni cilji predlagane raziskovalnega programa bodo tako:

(1)  pridobivanje novega znanja za razumevanje rastlinskih odgovorov na stres (predvsem biotski) s pristopi sistemske biologije; 

(2)  povečevanje znanja o biologiji mikrobov, da bi bolje razumeli njihovo diverziteto, patogenost in epidemiologijo ter njihovo vlogo v rastlinskih gostiteljih; ter na osnovi pridobljenih rezultatov razvijati učinkovite in trajnostne metode za biotehnološki in biološki  nadzor mikrobov;

(3) razvijati nove strategije za zaščito rastlin, za varno hrano in vodo;

(4)  nadgraditi tehnološko platformo, ki podpira raziskave sistemske biologije in razvijati novo  meroslovno naravnano tehnološko podporo ter učinkovitejše identifikacijske in detekcijske metode za mikrobe in gensko spremenjene organizme, ki bi bile lahko uporabljene tudi na področjih farmacije, zdravja ljudi in varovanja okolja.

Za dosego teh ciljev bomo uporabili nove pristope in metodologije, ki jih ponujjao metagenomske študije, sekvenciranja nove generacije (NGS), kvalitativne analize nukleinskih kislin, pomnoževanje nukleinskih kislin pri isti temperaturi (LAMP), digitalni PCR, slikovno obdelavo živih celic in bioinformatske ter biostatistične pristope. 

Raziskovalni program je v preteklosti že dosegel odlične rezultate zaradi interdisciplinarnosti programske skupine, ki je pokrivala različna področja od molekulske biologije, biologije, mikrobiologije, biokemije, biotehnologije, matematike, biostatistike in računske znanosti. Prav tako je že bilo vzpostavljeno trdno mednarodno sodelovanje z raziskovalci v EU in Sloveniji. Člani programske skupine sodelujejo tudi v več evropskih projektih. Raziskovalni program predstavlja majhen, a pomemben del raziskovalne podpore Oddelku za biotehnologijo in sistemsko biologijo. Ta je v zadnjih 10 letih podvojil svoj proračun in število zaposlenih od 20 na 43 prav zaradi hitro rastočih področij biotehnologije varne hrane, kot njegovih glavnih usmeritev.


Pomen za razvoj znanosti

Mehanizmi odziva rastlin na napad najrazličnejših povzročiteljev bolezni so, kljub številnim raziskavam pri nas in v svetu, še vedno slabo poznani. Razumevanje interakcije med gostiteljem in patogenom je še posebej slabo v primeru fitoplazem in virusov, kjer laboratorijske raziskave otežuje nezmožnost gojitve v in vitro razmerah in v primeru virusov še njihova sposobnost izkoriščanja rastlinskih celičnih mehanizmov za lastno razmnoževanje in širjenje. V projektu z orodji sistemske biologije in z njimi povezanimi genomskimi, transkriptomskimi, proteomskimi in metabolomskimi pristopi analiziramo odporne, tudi gensko spremenjene, in občutljive sorte rastlin, okužene z različnimi povzročitelji bolezni. Rezultati programa prispevajo k razumevanju interakcij med gostitelji in patogeni ter k razumevanju biologije tako gostitelja kot patogena. S poglobljenim znanjem molekulske biologije rastlin in molekulskih tehnik za tipizacijo mikroorganizmov in mikrobnih virulenčnih dejavnikov, še posebej bakterijskih toksinov, lahko primerjamo splošne mehanizme patogeneze različnih povzročiteljev bolezni. Osredotočamo se na tiste gene in njihove proteinske produkte, ki so ključni za odpornost/občutljivost pri proučevanih rastlinah. Raziskujemo možnosti, kako bi te gene lahko uporabili kot uporabne označevalce zgodnje detekcije bolezni ali okrevanja po bolezni; označevalce, ki bi bili v dobri agronomski praksi lahko uporabni pri izogibanju okužbi ali pri spodbujanju okrevanja. Poznavanje takih označevalcev bo prispevalo k hitrejšemu napredku agronomske stroke, predvsem kot pomoč pri nadaljnji izbiri rastlin za gojenje. Med uporabljenimi metodami smo v programski skupini še posebej usposobljeni za mikročipe in verižno reakcijo s polimerazo (PCR) v realnem času, s katero smo se že uspešno vključili v medlaboratorijsko krožno preizkušanje novih metod za določanje rastlinskih patogenih bakterij, virusov in fitoplazem. Znanje, pridobljeno v programu, predstavlja osnovo za razumevanja drugih bolezni, ki jih povzročajo patogeni mikroorganizmi iz proučevanih skupin. Poznavanje genskih determinant patogenov je osnova za razvoj novih molekulskih diagnostičnih testov. Z raziskovanjem gensko spremenjenih organizmov se že sedaj enakopravno vključujemo v mrežo evropskih laboratorijev za določanje GSO (European Network of GMO Laboratories), s sedežem v Ispri, Italija, zlasti pri pripravi strategij določanja GSO. Z razvojem novih pristopov za identifikacijo novih GSO, vključno z nedovoljenimi in cis-genimi, pridobvamo novo znanje in razvijamo nova orodja, ki bodo potencialno uporabna tudi na sorodnih področjih.

Sestava programske skupine - povezava na SICRIS.

Bibliografski podatki in ostali podatki o programu - povezava na SICRIS