Identyfikacja białek związanych z podatnością na indukcję androgenezy u pszenżyta (× Triticosecale Wittm.)
Głównym przedmiotem badań tego projektu jest aspekt biochemiczny procesu indukcji androgenezy u pszenżyta ozimego (x Triticosecale Wittm.). Pszenżyto jest międzyrodzajowym mieszańcem pszenicy (Triticum) i żyta (Secale cereale), który w założeniach teoretycznych miał łączyć zalety obu form rodzicielskich. Zaletami nowego gatunku są: wysoka tolerancja na gorsze warunki glebowe i klimatyczne, duża plenność oraz wysoka wartość paszowa ziarna. Dzięki tym cechom pszenżyto wciąż zyskuje na znaczeniu gospodarczym i zdobyło sobie trwałą pozycję na rynku zbożowym, zwłaszcza w przypadku rolnictwa niskonakładowego i organicznego. Niestety wysoki potencjał tego zboża nie jest wystarczająco wykorzystany, głównie z powodu agrotechnicznych zaniedbań. Nowe odmiany o podwyższonej wartości odżywczej, większej odporności na choroby i patogeny, niższe wymagania klimatyczne i glebowe są niezwykle ważne w obliczu dzisiejszych zagrożeń: szybkiego wzrostu liczebności populacji ludzi na świecie, regionalnych i globalnych zmian klimatycznych oraz wprowadzanych w życie przyjaznych dla środowiska i zrównoważonych systemów produkcyjnych. Wprowadzenie nowoczesnych osiągnięć naukowych i biotechnologicznych technologii umożliwia przyspieszenie procesu tworzenia ulepszonych odmian zbóż. Jedną z takich technik jest technologia DH, która włączona do programów hodowlanych umożliwia znacznie szybsze uzyskanie nowych odmian, ważnych pod względem ekonomicznym i jakościowym. Linie DH są wykorzystywane w badaniach molekularnych, gdzie umożliwiają szybkie tworzenie map genetycznych, identyfikację i lokalizację genów regulujących cechy ilościowe (QTL).
Metoda kultur pylnikowych, oparta na procesie androgenezy/ embriogenezie mikrospor, wykorzystywana w IFR PAN do otrzymywania linii DH mogłaby znacznie przyspieszyć postęp hodowlany u pszenżyta. Niestety, aby ta metoda mogła być stosowana na większą skalę, protokół otrzymywania linii DH musi zostać dopracowany dla szerszej liczby genotypów. Co więcej, uzyskane linie DH muszą być genetycznie stabilne. Pomyślna indukcja procesu embriogenezy mikrospor została udokumentowana dla ponad 250 gatunków roślin. Jednak tylko kilka z nich: rzepak (Brassica napus), tytoń (Nicotiana tabacum), pszenica (Triticum aestivum) i jęczmień (Hordeum vulgare), wykazało odpowiednio wysoki potencjał androgeniczny do produkcji linii DH dla programów hodowlanych. Większość ważnych gatunków zbóż- w tym pszenżyto – nie wykazuje wystarczającej odpowiedzi androgenicznej. Brak wydajnej procedury do otrzymywania jest prawdopodobnie spowodowana złożonością tej cechy, która jest kontrolowana przez kilka niezależnych genomów z efektami addytywnymi i dominującymi pozostającymi w interakcji z czynnikami środowiskowymi i modyfikowanymi przez cytoplazmatyczne podłoże. W rezultacie liczne endogenne i środowiskowe czynniki wywierają znaczący wpływ na efektywność androgenezy. Określenie fizjologicznego, biochemicznego i molekularnego podłoża tego procesu z pewnością ułatwi produkcję linii DH i jej wprowadzenie do programów hodowlanych. Powinno to stworzyć lepsze warunki do zgłębienia dużego potencjału pszenżyta. Szybka produkcja nowych odmian, dostosowanych do zmieniających się warunków klimatycznych, wysokich wymagań jakościowych oraz niskonakładowego i zrównoważonego rolnictwa przyczyni się do zwiększenia konkurencyjności polskich firm hodowlanych na rynku europejskim.
Projekt oparty jest na naszym bogatym doświadczeniu z kulturami pylnikowymi jak i izolowanych mikrospor pszenżyta. Profilowanie białek będzie stanowiło cenne uzupełnienie naszych badań nad różnymi fizjologicznymi czynnikami ważnymi dla efektywnej indukcji androgenezy. Identyfikacja białek związanych z tym procesem pozwoli na dokładniejsze zrozumienie mechanizmów kontrolujących powstawanie zarodków androgenicznych i produkcji DH. U pszenżyta nie podjęto jak dotąd próby identyfikacji białek potencjalnie związanych z efektywnością odpowiedzi androgenicznej. W związku z tym, analizy na wybranych liniach DH skrajnie zróżnicowanych pod względem tej cechy będą miały pionierski charakter. Wyniki badań mogą przyczynić się do opracowania efektywnej metody produkcji linii DH pszenżyta. Bardzo prawdopodobnym jest również, iż wyniki uzyskane dla pszenżyta znajdą zastosowanie u innych gatunków zbóż, takich jak pszenica i żyto.
Badania będą prowadzone na kilku wybranych liniach z populacji mapującej zawierającej 90 linii DH mieszańca Saka 3006 x Modus (Ugo). Obie formy rodzicielskie są heksaploidalnym pszenżytem ozimym. Prześledzenie efektywności androgenezy dla całej populacji pozwoli na wybranie genotypów skrajnie zróżnicowanych pod względem badanej cechy. Wybrane linie DH zostaną użyte jako model do analiz proteomicznych. Analiza białek metodą dwukierunkowej elektroforezy w żelach poliakrylamidowych pozwala na uzyskanie mapy setek białek i porównanie tych map białkowych ze sobą. Dalsza analiza komputerowa uzyskanych wyników pozwala na określenia zmian jakościowych i ilościowych białek, co nie jest możliwe bez zastosowania specjalistycznego oprogramowania. Białka o zróżnicowanej ekspresji zidentyfikowane w żelach mogą być z tych żeli wyizolowane i dalej analizowane przy pomocy spektrometrii mas MALDI-TOF co pozwala na określenie ich masy cząsteczkowej, sekwencji aminokwasowej a następnie określenie ich przynależności do odpowiedniej rodziny białek. Na koniec można postawić hipotezę o funkcji danego białka i jego roli w odpowiedzi androgenicznej.