Rola stresu oksydacyjnego w regulacji embriogenezy w kulturach izolowanych mikrospor pszenżyta (x Triticosecale Wittm.) i jęczmienia (Hordeum vulgare L.)

Projekt 2015/18/M/NZ3/00348

Streszczenie: Proces embriogenezy mikrospor (EM) stanowi niezwykle interesujący przejaw totipotencji, czyli zdolności do odtworzenia całego, funkcjonalnego organizmu matecznego z pojedynczej komórki roślinnej. W tym, konkretnym przypadku dotyczy to komórek męskiej linii gametofitowej czyli niedojrzałych ziaren pyłku. Indukcja EM może być inicjowana działaniem różnego typu stresów, co utrudnia identyfikację czynników bezpośrednio zaangażowanych w regulację tego procesu oraz sugeruje udział uniwersalnego mechanizmu uruchamianego w odpowiedzi na niekorzystne warunki środowiskowe. Jak wykazały ostatnie badania czynnikiem determinującym proces EM wydaje się być poziom stresu oksydacyjnego wywoływanego generowaniem reaktywnych form tlenu (RFT) i możliwości adaptacyjne mikrospor wynikające z wydajności systemu antyoksydacyjnego. Celem projektu jest weryfikacja hipotezy dotyczącej potencjalnego udziału RFT w indukcji i regulacji procesu EM w kulturach izolowanych mikrospor dwóch gatunków zbóż: pszenżyta (× Triticosecale Wittm.) i jęczmienia (Hordeum vulgare L.).
Jako obiekt badań wykorzystane zostaną kultury izolowanych mikrospor pszenżyta i jęczmienia, skrajnie zróżnicowanych pod względem podatności na indukcję EM. Zastosowane zostaną różnego typu traktowania indukujące EM oraz modyfikujące poziom towarzyszącego im stresu oksydacyjnego. Poziom generowania RFT oraz aktywność enzymatycznych i niskocząsteczkowych elementów systemu antyoksydacyjnego zmierzony zostanie metodami spektrofotometrycznymi, i odniesiony do efektywności procesu EM. Jako narzędzie analizy ekspresji genów wykorzystane zostanie sekwencjonowanie RNA za pomocą platformy HiSeq 2599 (Illumina). Ostateczna weryfikacja hipotezy badawczej przeprowadzona zostanie poprzez wyciszenie genu(-ów) wytypowanych jako potencjalnie  zaangażowane w regulację procesu EM z wykorzystaniem miejscowo-specyficznych nukleaz (technologia TALEN/RGENs).
Embriogenne mikrospory stanowią unikalny model badań podstawowych znajdując coraz szersze zastosowanie w wielu dziedzinach nauki. Dodatkowe korzyści wynikają z faktu, że wynikiem indukcji procesu EM jest regeneracja roślin haploidalnych, z których po spontanicznym lub indukowanym podwojeniu genomu uzyskiwane są tzw. podwojone haploidy (DH). Jako organizmy całkowicie homozygotyczne DH stanowią niezwykle cennym obiekt w mapowaniu genów, analizie dziedziczenia cech ilościowych (QTL), bioinżynierii i twórczej hodowli roślin. Jednakże, silne genetyczne uwarunkowanie EM oraz generalnie niska efektywność tego procesu wykazana dla wielu gatunków roślin znacząco ogranicza możliwości wykorzystywania tego procesu. Intensywne i szeroko zakrojone badania mające na celu identyfikację mechanizmów kontroli i regulacji EM przyniosły jedynie częściowy sukces. Realizacja przedkładanego projektu pozwoli poszerzyć teoretyczną wiedzę na temat fizjologicznego i molekularnego podłoża procesu EM, co przyczyni się do poprawy efektywności tego procesu i poszerzy możliwości jego zastosowaniu, prawdopodobnie również w przypadku innych, opornych gatunków roślin.