Identyfikacja czynników warunkujących indukcję embriogenezy mikrospor u pszenicy zwyczajnej (Triticum aestivum L.)

 

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.