Identyfikacja czynników determinujących odporność jęczmienia ozimego (Hordeum vulgare L.) na suszę i mróz
PROGRAM MINISTERSTWA ROLNICTWA I ROZWOJU WSI FINANSOWANY ZE ŚRODKÓW PRZEZNACZONYCH NA BADANIA PODSTAWOWE NA RZECZ POSTĘPU BIOLOGICZNEGO W PRODUKCJI ROŚLINNEJ
Zadanie 26 pt. „Identyfikacja czynników determinujących odporność jęczmienia ozimego (Hordeum vulgare L.) na suszę i mróz”
DOFINANSOWANIE: 447 763 zł
CAŁKOWITY KOSZT INWESTYCJI: 447 763 zł
Opis projektu: Jęczmień ozimy jest gatunkiem zboża o wysokim potencjale plonotwórczym i dużej wartości użytkowej i paszowej. Potencjalnie wysoka produktywność tego zboża jest jednak znacząco obniżana przez niską zimotrwałość tego gatunku (wynikającą przede wszystkim z jego niskiej odporności na mróz) oraz niską tolerancję na niedobory wody występujące w fazie rozwoju generatywnego. Występowanie tych stresów może powodować znaczący spadek plonowania oraz ogranicza areał uprawy jęczmienia ozimego do rejonów Polski o łagodniejszym klimacie.
Ze względu na fakt, iż zarówno mrozoodporność jak i odporność na suszę są cechami złożonymi, warunkowanymi przez szereg genów o zróżnicowanym sposobie dziedziczenia i interakcjach, strategia piramidyzacji korzystnych genów wydaje się być najbardziej odpowiednia. Jednak korzystny układ wielu alleli leżący u podłoża tolerancji może zostać zaburzony wskutek rekombinacji w kolejnych pokoleniach. Jedną z możliwości ominięcia tego problemu jest wykorzystanie technologii podwojonych haploidów (ang. doubled haploids, DH), prowadzącej do powstania całkowicie homozygotycznych linii hodowlanych. Ich zaletą jest możliwość jednoznacznej oceny genotypu, stabilność genetyczna oraz znaczne poszerzenia zakresu zmienności badanych cech.
Celem projektu jest identyfikacja fizjologicznych, biochemicznych i molekularnych podstaw adaptacji jęczmienia ozimego do badanych czynników stresowych w najbardziej krytycznych fazach rozwojowych (odporności na mróz - w fazie siewki i odporności na deficyt wody - w fazie kłoszenia).
Realizowane zadania:
1. Ocena stopnia odporności na mróz i suszę oraz selekcja form skrajnie zróżnicowanych w obrębie wyprowadzonej populacji linii podwojonych haploidów jęczmienia ozimego
2. Analizy proteomiczne skrajnie zróżnicowanych linii DH jęczmienia ozimego
3. Analiza zawartości endogennych substancji hormonalnych (ABA, SA, BR) uczestniczących w nabywaniu odporności na stresy abiotyczne
4. Analiza aktywności enzymatycznego i niskocząsteczkowego systemu antyoksydacyjnego
5. Analizy molekularne genów potencjalnie zaangażowanych w determinację odporności na mróz i suszę
Badania przeprowadzone zostaną na liniach DH, o istotnie różnej odporności na wyżej wymienione czynniki stresowe, wyprowadzonych metodą androgenezy w kulturach pylnikowych z cennych pod względem użytkowym, materiałów hodowlanych. Weryfikacja zdolności adaptacyjnych wyprowadzonego potomstwa DH przeprowadzona zostanie na podstawie testów mrozoodporności oraz analiz laboratoryjnych z zastosowaniem szeregu standardowych parametrów, takich jak: zawartość i parametry fluorescencji chlorofilu a, zawartość i szybkość utraty wody z liści oraz potencjał osmotyczny soku komórkowego. Wyselekcjonowane na podstawie przeprowadzonych analiz, skrajnie zróżnicowane linie DH posłużą jako materiał w identyfikacji czynników istotnie determinujących poziom odporności na mróz i suszę. W ramach projektu przeprowadzone zostaną analizy proteomiczne, analizy zawartości hormonów roślinnych biorących udział w reakcjach obronnych (kwas abscysynowy, kwas salicylowy, brasinosteroidy) oraz pomiary aktywności systemu antyoksydacyjnego (enzymów antyoksydacyjnych i antyoksydantów drobnocząsteczkowych). W zależności od wyników uzyskanych w ramach badań profili proteomicznych przeprowadzone zostaną analizy ekspresji wybranych genów.
Projekt dedykowany jest polskim firmom hodowlanym zajmującym się hodowlą twórczą jęczmienia ozimego. Poszerzenie wiedzy dotyczącej mechanizmów determinujących odporność na suszę i mróz może pozwolić na opracowanie strategicznych programów hodowli oraz wiarygodnych procedur selekcji odpowiednich form rodzicielskich. Ponadto, linie DH o istotnie wyższej tolerancji na mróz i suszę uzyskane w ramach projektu mogą stanowić źródło korzystnych alleli genów, co może mieć istotne znaczenie dla hodowli i uprawy tego gatunku.
Uzyskane wyniki
Wyniki uzyskane w trakcie realizacji projektu w roku 2014
Wyniki uzyskane w trakcie realizacji projektu w roku 2015
Wyniki uzyskane w trakcie realizacji projektu w roku 2016
Wyniki uzyskane w trakcie realizacji projektu w roku 2017
Wyniki uzyskane w trakcie realizacji projektu w roku 2018
Doniesienia konferencyjne:
1. XII Ogólnopolska Konferencja Naukowa „Nauka dla hodowli i nasiennictwa roślin uprawnych”, Zakopane, 2-6.02.2015 (wykład)
2. 10th International Conference ‘Plant Functioning Under Environmental Stress’, Kraków, 16-19.09.2015 (poster)
3. II Ogólnopolska Konferencja Doktorantów Nauk o Życiu BIOOPEN, Łódź, 12-14.05.2016 (poster)
4. The 2nd INPPO (International Plant Proteomics Organization) World Congress, Bratysława, 4-8.09.2016 (poster)
5. XIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa “Nauka dla Hodowli i Nasiennictwa Roślin Uprawnych, Zakopane 30.01-3.02.2017 (poster)
6. 4th Conference of Cereal Biotechnology and Breeding, Budapest 6-9.11.2017 (poster)
7. 11th International Conference ‘Plant Functioning under Environmental Stress’, Kraków, 12-15.09. 2018 (poster, oral presentation)
Publikacje
1. Malaga S., Krzewska M., Nowicka A., Dubas E., Ostrowska A., Wójcik-Jagła M., Hura T., Rapacz M. 2016. Increasing tolerance to abiotic stresses by haplodiploidization in Hordeum vulgare (L.) plant functioning under environmental stress. W: Plant Functioning Under Environmental Stress (red. Grzesiak M., Rzepka A., Hura T., Grzesiak S.). Monografia IFR PAN w Krakowie, str. 37-46.
http://ifr-pan.edu.pl/public/files/misc/files/monografia_stress_2016.pdf
2. Gołębiowska-Pikania G., Kopeć P., Surówka E., Krzewska M., Dubas E., Nowicka A., Rapacz M., Wójcik-Jagła M., Malaga S., Żur I. 2017. Changes in protein abundance and activity involved in freezing tolerance acquisition in winter barley (Hordeum vulgare L.). J Proteomics 169: 58-72.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1874391917303068?via%3Dihub
3. Gołębiowska-Pikania G., Kopeć P., Surówka E., Janowiak F., Krzewska M., Dubas E., Nowicka A., Kasprzyk J., Ostrowska A., Malaga S., Hura T., Żur I. 2017. Changes in protein abundance and activity induced by drought during generative development of winter barley (Hordeum vulgare L.). J Proteomics 169:73-86
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1874391917302592?via%3Dihub
4. Żur I., Dubas E., Malaga S., Janowiak F., Janeczko A., Rapacz M., Hura T., Waligórski P., Ostrowska A., Wójcik-Jagła M. 2019. Identyfikacja czynników determinujących odporność jęczmienia ozimego (Hordeum vulgare L.) na suszę i mróz . Biuletyn IHAR 286: 113-116.
http://ifr-pan.edu.pl/public/files/publication/39article_text5121020200123.pdf
5. Malaga S., Janeczko A., Janowiak F., Waligórski P., Oklestkova J., Dubas E., Krzewska M., Nowicka A.,·Surówka E., Rapacz M., Wojcik‑Jagła M., Kopeć P., Hura T., Ostrowska A., Kaczanowska K., Żur I. 2020. Involvement of homocastasterone, salicylic and abscisic acids in the regulation of drought and freezing tolerance in doubled haploid lines of winter barley. Plant Growth Reg 90: 173–188.
https://link.springer.com/article/10.1007/s10725-019-00544-9
6. Wójcik-Jagła M., Rapacz M., Dubas E., Krzewska M., Kopeć P., Nowicka A., Ostrowska A., Malaga S., Żur I. 2020. Candidate Genes for Freezing and Drought Tolerance Selected on the Basis of Proteome Analysis in Doubled Haploid Lines of Barley. Int J Mol Sci 21, 2062.