Modelowanie wpływu stresu wieloczynnikowego wywołanego zmianą klimatu na rozhartowywanie jęczmienia ozimego prowadzące do identyfikacji kluczowych genów regulacyjnych
Tytuł:
Modelowanie wpływu stresu wieloczynnikowego wywołanego zmianą klimatu na rozhartowywanie jęczmienia ozimego prowadzące do identyfikacji kluczowych genów regulacyjnych
Budżet projektu: 1 953 952,00 zł
Czas realizacji: 2025 - 2028
Opis projektu:
W warunkach klimatu umiarkowanego nasiona roślin ozimych wysiewa się jesienią. Kiełkują one przed nadejściem zimy. Rośliny uzyskują zwiększoną mrozoodporność poprzez wcześniejszą ekspozycję na niskie, niemrozowe temperatury. Jest to proces adaptacyjny zwany hartowaniem. Można przypuszczać, że globalne ocieplenie zmniejsza ryzyko narażenia upraw ozimych na ekstremalnie niskie temperatury. Jednak ryzyko szkód zimowych w uprawach może się nie zmienić. Zimowe okresy ocieplenia powodują topnienie śniegu. Brak pokrywy śnieżnej i wyższa temperatura mogą prowadzić do rozhartowywania i obniżenia zimotrwałości roślin. Rozhartowywanie odpowiada za występowanie uszkodzeń mrozowych, gdy po okresie ciepłym temperatura gwałtownie spada do temperatur ujemnych. O zimotrwałości zbóż decyduje mrozoodporność węzła krzewienia (pierwszy węzeł powyżej ziarniaka).
Uważamy, że w scenariuszu zmian klimatycznych rozhartowanie jest szczególnie krytycznym czynnikiem determinującym ogólną zimotrwałość zbóż. W badaniach, jako roślina modelowa posłuży nam odmiana uprawna jęczmienia ozimego. Celem tego projektu będzie 1) głębsze zrozumienie, w jaki sposób stres cieplny, któremu towarzyszą inne stresy, wpływa na sygnaturę transkrypcyjną, profil fitohormonalny i stan redoks węzła krzewienia podczas rozhartowywania jęczmienia ozimego, podatnego na ten proces; 2) selekcja kluczowych genów regulatorowych związanych z fitohormonami lub szlakami transdukcji sygnału redoks. Postawiliśmy hipotezę, że u jęczmienia ozimego podatnego na rozhartowanie, stres cieplny odgrywa dominującą rolę w równoczesnym oddziaływaniu wielu stresów podczas rozhartowywania i determinuje ekspresję kluczowych genów regulatorowych. W projekcie, po hartowaniu, jęczmień będzie poddawany działaniu pięciu stresów: stresowi cieplnemu (okres ocieplenia) - prowadzącemu do rozhartowywania, stresowi wysokiego natężenia światła, stresowi suszy glebowej i stresowi podwyższonego stężenia dwutlenku węgla. Stresy te wynikają ze zmian klimatycznych, na które rolnictwo i przemysł spożywczy są nieprzygotowane.
Nasze badania poszerzą wiedzę o mechanizmach rozhartowywania zbóż ozimych, co jest zaniedbywanym tematem w światowych badaniach. W naszym projekcie wykorzystamy podejście biologii systemowej, które wciąż nie jest powszechnie stosowane w badaniach rolniczych. Nie tylko przeprowadzimy analizę transkryptomu, ale również stworzymy odpowiednie modele matematyczne, na podstawie których zidentyfikujemy kluczowe geny regulatorowe. Geny regulatorowe koordynują ekspresję innych genów i determinują odpowiedź roślin na stres. W projekcie wykorzystamy niespotykane dotąd podejście w badaniach. Projekt ma charakter poznawczy, ale zdobytą wiedzę będzie można zastosować w hodowli roślin do produkcji nowych ulepszonych odmian zbóż ozimych, lepiej przystosowanych do zmieniającego się środowiska i ograniczania negatywnego wpływu zmian klimatu na systemy rolne.