Fizjologiczne i genetyczne markery odporności pszenicy jarej na suszę w aspekcie interakcji zachodzących w ryzosferze
Fizjologiczne i genetyczne markery odporności pszenicy jarej na suszę w aspekcie interakcji zachodzących w ryzosferze
Dotacja: HOR.hn.802.15.2018, HOR.hn.802.1.2019 Zadanie 103
Streszczenie: Zmiany klimatu w Polsce i na świecie powodują m. in. przedłużające się okresy suszy. Zjawisko to stanowi coraz większy problem w uprawie zbóż, szczególnie pszenicy jarej. W 2015 plon zbóż jarych w Polsce zmniejszył się o ok. 45% właśnie ze względu na stres suszy. Dotychczas prowadzone badania podstawowe i prace o charakterze aplikacyjnym koncentrowały się na określaniu mechanizmów tolerancji roślin na stres suszy, typowaniu cech przydatnych do selekcji roślin odpornych i na stosowaniu pożytecznych mikroorganizmów, głównie arbuskularnych grzybów mikoryzowych dla polepszenia warunków glebowych. Prowadzone przez nas badania nie tylko łączą te zagadnienia, ale również znacząco je rozszerzają. Celem projektu jest bowiem określenie specyficznych genotypowo interakcji roślina-mikroorganizmy glebowe (nie ograniczając ich do mikoryzy), które determinują odporność roślin na stres suszy na poziomie systemu korzeniowego. Dla zweryfikowania tych zależności w ramach projektu zostanie określone: (1) czy w strefie korzeniowej roślin odpornych i nieodpornych rozwijają się mikroorganizmy glebowe o jakościowo i ilościowo odmiennej kompozycji; (2) czy zdolne są one do bezpośredniej lub pośredniej indukcji/supresji specyficznych genów/grup genów w komórkach korzeni rośliny i indukcji/wspomagania reakcji aklimatyzacji do stresu suszy. Dodatkowo, celem aplikacyjnym proponowanego projektu będzie opracowanie, na podstawie uzyskanych wyników badań, założeń dla testu szalkowego dedykowanego selekcji roślin odpornych. Zrealizowane zostanie to w kilku etapach: (1) wybranie modelowych genotypów roślin i ściśle określonych warunków suszy; (2) opracowanie konsorcjum mikroorganizmów, różnicującego wzrost korzeni roślin odpornych/nieodpornych; (3) skorelowanie wyników selekcji w warunkach natywnych (glebowych) z warunkami selekcji in vitro; (4) wytypowanie fizjologicznych i molekularnych markerów dla selekcji roślin odpornych w systemie testu in vitro, który indukuje suszę i specyficzne interakcje z konsorcjami mikroorganizmów.
Cel zadania:
Główne założenia dla projektu wyznaczone w oparciu o dostępną literaturę:
1. Tempo rozwoju systemu korzeniowego jest zależne od genotypu rośliny, ale również od stosunków wodno-powietrznych panujących w glebie;
2. 1-10% suchej masy substancji organicznej stanowią mikroorganizmy, które w sposób istotny wpływają na fizyczne właściwości gleby oraz mogą modyfikować reakcje fizjologiczne roślin;
3. Spadek odporności roślin na suszę, malejąca pojemność wodna, zlewność i utrudnienie wymiany gazowej są skorelowane z obniżającą się ilością i zmieniającą się jakościowo biomasą mikroorganizmów w glebie.
Powyższe założenia stanowią podstawę do postawienia hipotez, których zweryfikowanie jest głównym celem proponowanego projektu:
H1. Istnieją specyficzne genotypowo interakcje roślina-mikroorganizmy glebowe (nie tylko mikoryzowe), determinujące odporność roślin na stres suszy;
- w strefie korzeniowej roślin odpornych i nieodpornych rozwija się jakościowo i ilościowo odmienna kompozycja mikroorganizmów glebowych;
- specyficzna kompozycja mikroorganizmów ryzosfery determinuje fizyczne i biochemiczne warunki glebowe (m. in. stosunki wodno-powietrzne, obecność substancji aktywnych produkowanych przez mikroorganizmy), jak również indukuje ścieżki sygnałowe/mechanizmy/reakcje fizjologiczne umożliwiające roślinie aklimatyzację i przetrwanie stresu suszy (np. szybszy wzrost korzeni, ograniczenie ilości aparatów szparkowych i ich szybsze zamykanie celem ograniczenia transpiracji);
- następuje indukcja/supresja specyficznych genów/grup genów w wyniku interakcji rośliny odpornej z mikroorganizmami rizosfery w warunkach suszy, geny te stanowić mogą markery molekularne tolerancji roślin na stres suszy;
H2. Wzrost korzeni oraz transpiracja roślin w warunkach suszy w obecności zmiennej kompozycji mikroorganizmów może być modulowana;
- rozwój systemu korzeniowego (i transpiracja roślin) będzie różny po inokulacji krzyżowej mikroorganizmów do rizosfery roślin odpornych i rizosfery roślin nieodpornych;
H3. Zoptymalizowanie składu mikroorganizmów w sztucznej pożywce imitującej warunki suszy umożliwi selekcję roślin odpornych;
- wzrostu korzeni w warunkach natywnych i w sztucznych warunkach hodowli in vitro są skorelowane;
- rozwój systemu korzeniowego (i transpiracja roślin) będzie ukierunkowana genotypowo w pożywce o odpowiednio zmodyfikowanym składzie (np. indukcja stresu suszy przez dodatek mannitolu) vs odpowiedni skład mikroorganizmów.
Okres realizacji: 36 miesięcy
Wyniki uzyskane, w każdym roku realizacji będą zamieszczane na stronie internetowej, nie później niż do dnia 15 stycznia następnego roku, i są dostępne nieodpłatnie dla wszystkich zainteresowanych.