PROGRAM MINISTERSTWA ROLNICTWA I ROZWOJU WSI FINANSOWANY ZE ŚRODKÓW PRZEZNACZONYCH NA BADANIA PODSTAWOWE NA RZECZ POSTĘPU BIOLOGICZNEGO W PRODUKCJI ROŚLINNEJ
Zadanie badawcze 4 pt. „IDENTYFIKACJA CZYNNIKÓW WARUNKUJĄCYCH INDUKCJĘ EMBRIOGENEZY MIKROSPOR U PSZENICY ZWYCZAJNEJ (TRITICUM AESTIVUM L.)” wg. załącznika z dn. 1.01. 2021 r. do rozporządzenia Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 10 listopada 2020 r. w sprawie stawek dotacji na pokrycie kosztów badań podstawowych na rzecz postępu biologicznego w produkcji roślinnej (Dz. U., poz. 2016)
DOFINANSOWANIE: 1 411 200 zł
CAŁKOWITY KOSZT INWESTYCJI: 1 411 200 zł
Okres realizacji: 2021-2026
Opis projektu
Proces embriogenezy zachodzący w haploidalnych (n) komórkach męskiego gametofitu (mikrosporach) jest alternatywną drogą rozwoju uruchamianą pod wpływem stresu, możliwą do realizacji dzięki zastosowaniu różnych metod kultury in vitro. Jego efektem jest powstanie, z pominięciem procesu zapłodnienia, zarodka androgenicznego (ang. embryo-like structure, ELS), zawierającego jedynie pojedynczy, haploidalny genom (n). Zarodki te mają możliwość regeneracji w prawidłowo wykształcone haploidalne rośliny. Niezwykle istotne jest, iż końcowym efektem indukcji embriogenezy mikrospor (EM) mogą być tzw. podwojone haploidy (DH), uzyskiwane poprzez spontaniczne lub wymuszone podwojenie liczby chromosomów w trakcie regeneracji haploidalnych regenerantów. Organizmy te, jako całkowicie homozygotyczne i stabilne genetycznie, są niezwykle cennymi obiektami modelowymi w badaniach podstawowych, biotechnologii i inżynierii genetycznej. Bardzo ważna jest również możliwość włączania linii DH w programy hodowlane, gdyż uzyskanie całkowitej homozygotyczności w pojedynczym pokoleniu umożliwia znaczne skrócenie cyklu hodowlanego i przyśpieszenie tempa postępu biologicznego.
Z danych literaturowych i wcześniejszych badań własnych wiadomo, iż efektywna indukcja procesu EM wymaga genotypowo-specyficznej równowagi pomiędzy poziomem generowania reaktywnych form tlenu w odpowiedzi na stres związany z indukcją procesu EM i zdolnością do ich usuwania wynikającą z wydajności systemu antyoksydacyjnego. Dalszy prawidłowy rozwój ELS warunkowany jest przez niezwykle skomplikowany system interakcji pomiędzy czynnikami sygnalnymi modyfikującymi równowagę jonową, oksydo-redukcyjną i hormonalną oraz kontrolą (epi)genomową.
Pszenica zwyczajna (Triticum aestivum L.) stanowiąca obiekt planowanych badań należy do roślin o dużym znaczeniu gospodarczym, nieustająco doskonalonych dzięki programom hodowli twórczej. Z tego powodu metody biotechnologiczne efektywnie skracające cykl hodowlany są bardzo pożądane. Niestety, przeważająca większość polskich materiałów hodowlanych charakteryzuje się niską efektywnością procesu EM, stanowiącego najprostszą metodę uzyskiwania linii DH. Badania własne prowadzone w IFR PAN wykazały, iż na obserwowaną „oporność” składa się kilka czynników występujących na różnych etapach procedury in vitro m. in. niska ilość żywych mikrospor uzyskiwanych w przeliczeniu na kłos rośliny macierzystej, istotne zróżnicowanie tempa rozwoju mikrospor zależne od genotypu rośliny macierzystej, sezonu wegetacyjnego i warunków wegetacji oraz częste hamowanie rozwoju struktur zarodkopodobnych (ang. embryo-like structures, ELS) w fazie globularnej.
Celem projektu jest rozpoznanie mechanizmów regulacji procesu EM u pszenicy zwyczajnej na poziomie molekularnym, fizjologicznym i cytologicznym oraz selekcja czynników determinujących efektywność wytwarzania DH. W badaniach wykorzystane zostaną linie hodowlane pszenicy zwyczajnej uzyskane z polskich firm hodowlanych oraz linie/odmiany modelowe wyselekcjonowane na podstawie wcześniejszych badań własnych.
Realizowane zadania:
1) Screening podatności na indukcję procesu embriogenezy mikrospor polskich materiałów pszenicy zwyczajnej.
2) Zmiana równowagi jonowej, hormonalnej i oksydo-redukcyjnej jako czynnik modyfikujący efektywność indukcji procesu EM pszenicy zwyczajnej.
3) Zmiana poziomu metylacji/acetylacji genomu jako czynnik modyfikujący efektywność indukcji procesu EM pszenicy zwyczajnej.
4) Identyfikacja białek regulujących proces EM i regenerację roślin w kulturach in vitro pszenicy zwyczajnej.
5) Identyfikacja genów markerowych determinujących efektywność indukcji EM pszenicy zwyczajnej.
Projekt dedykowany jest polskim firmom hodowlanym zajmującym się hodowlą twórczą pszenicy zwyczajnej. Poszerzenie wiedzy dotyczącej mechanizmów determinujących podatność na indukcję procesu embriogenezy mikrospor pozwoli na opracowanie efektywnych procedur wyprowadzania całkowicie homozygotycznych, genetycznie stabilnych linii DH pszenicy. Ich wdrożenie do programów hodowli umożliwi uzyskiwanie nowych odmian w znacznie skróconym okresie czasu i istotne ograniczenie kosztów związanych z procesem hodowlanym.
---
PROGRAM MINISTERSTWA ROLNICTWA I ROZWOJU WSI FINANSOWANY ZE ŚRODKÓW PRZEZNACZONYCH NA BADANIA PODSTAWOWE NA RZECZ POSTĘPU BIOLOGICZNEGO W PRODUKCJI ROŚLINNEJ
Zadanie badawcze 3 pt. „OKREŚLENIE FIZJOLOGICZNYCH I BIOCHEMICZNYCH WSKAŹNIKÓW TOLERANCJI PSZENICY OZIMEJ (TRITICUM AESTIVUM L.) NA STRES SUSZY I WYSOKIEJ TEMPERATURY” wg. załącznika z dn. 1.01. 2021 r. do rozporządzenia Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 10 listopada 2020 r. w sprawie stawek dotacji na pokrycie kosztów badań podstawowych na rzecz postępu biologicznego w produkcji roślinnej (Dz. U., poz. 2016)
DOFINANSOWANIE: 684 000 zł
CAŁKOWITY KOSZT INWESTYCJI: 684 000 zł
Okres realizacji: 2021-2026
Opis projektu
Na przestrzeni ostatnich 25 lat stresy abiotyczne pojawiają się coraz częściej, stanowiąc jedną z charakterystycznych cech klimatu umiarkowanego. Cykliczne susze występujące w Polsce są coraz bardziej intensywne i obejmują znaczne obszary kraju. Woda jest podstawowym czynnikiem żyzności gleby, a jej dostępność dla roślin stanowi jeden z najważniejszych czynników plonotwórczych. Stosunkowo duży udział gleb lekkich w połączeniu z relatywnie małymi sumami opadów atmosferycznych przy coraz większej ich zmienności, czynią produkcję rolną w Polsce bardzo niestabilną.
Pszenica zwyczajna (Triticum aestivum L.) ozima, to zboże o największym areale ( uprawy w Polsce.
Zadaniem współczesnej hodowli pszenicy w Polsce jest otrzymanie odmian plennych o ulepszonych cechach jakościowych i wysokiej wartości odżywczej oraz odpornych na niekorzystne warunki środowiska. Plon pszenicy, jako gatunku charakteryzującego się jest bowiem silnie ,
Wrażliwość roślin na suszę zależy nie tylko od gatunku, genotypu, ale także od intensywności stresu, obecności innych niekorzystnych czynników oraz fazy rozwojowej rośliny. W celu przezwyciężenia suszy rośliny wykazują różne reakcje fizjologiczne i biochemiczne związane m.in. z zamykaniem aparatów szparkowych i zmniejszeniem aktywności fotosyntetycznej, co przejawia się w zmianach parametrów wymiany gazowej liści, zawartości chlorofilu w liściach i powoduje uszkodzenie aparatu fotosyntetycznego. Skutkuje to zmniejszeniem wytwarzania i dystrybucji asymilatów, hamując wzrost i przyspieszając starzenie się liści. Susza wpływa także na aktywność enzymów przeciwutleniających, metabolizm związków fenolowych, kwasu abscysynowego (ABA) i kwasu salicylowego (SA) znanych jako hormony stresu. W związku z tym, że różne rodzaje mechanizmów mogą być aktywowane w roślinach w odpowiedzi na stresy środowiskowe, ważne jest wyjaśnienie, które z nich szczególnie determinują podatność upraw na suszę, by zapewnić wyższą wydajność nawet pomimo niesprzyjających warunków środowiska.
Celem proponowanych badań jest określenie zależności pomiędzy relacjami wodnymi w roślinie, wybranymi parametrami biochemicznymi a elementami składowymi plonu rodów hodowlanych/odmian pszenicy ozimej (Triticum aestivum L.) w warunkach stresów abiotycznych (suszy glebowa i stres wysokiej temperatury). Kluczowym zadaniem jest identyfikacja czynników określających tolerancję na suszę, a przede wszystkim opracowanie wiarygodnego i szybkiego testu selekcji roślin o zwiększonej tolerancji na ten stres co może w znaczący sposób ograniczyć straty plonowania pszenicy.
Realizowane zadania:
1. Wstępna selekcja rodów i odmian pszenicy ozimej tolerancyjnych na suszę na podstawie testu utraty wody.
2. Ocena tolerancji pszenicy ozimej na suszę glebową w fazie krzewienia i kłoszenia.
3. Ocena tolerancji na suszę i stres wysokiej temperatury w fazie kłoszenia roślin.
4. Ocena wpływu regulatorów wzrostu stosowanych w uprawie pszenicy na kształtowanie się tolerancji stresu suszy.
Projekt dedykowany jest polskim firmom hodowlanym zajmującym się hodowlą twórczą pszenicy zwyczajnej. Zaproponowane badania przyczynią się do poszerzenia wiedzy na temat odporności roślin na stres suszy. Planowane analizy i pomiary pozwolą scharakteryzować fizjologiczne i biochemiczne podłoże odporności i mechanizm jego kształtowania, co umożliwi lepszy dobór komponentów do krzyżowań i sprawniejszą selekcję roślin odpornych na stresy abiotyczne, takie jak susza i wysoka temperatura. Rezultatem podejmowanych badań będzie wytypowanie rodów dających w warunkach stresu wysoki plon. Wiedza ta pozwoli na uzupełnienie charakterystyki odmian/rodów pszenicy ozimej zalecanych do uprawy na obszarach rolniczych narażonych na stres suszy i wysokiej temperatury.