AUTOREFERAT. dr inż. Maja Karolina Boczkowska. Polska Akademia Nauk Ogród Botaniczny Centrum Zachowania Różnorodności Biologicznej w Powsinie

Transkrypt

1 dr inż. Polska Akademia Nauk Ogród Botaniczny Centrum Zachowania Różnorodności Biologicznej w Powsinie AUTOREFERAT Załącznik 2

2 2

3 SPIS TREŚCI A. Dane osobowe... 5 B. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe:... 5 C. Przebieg zatrudnienia... 6 D. Szkolenia i e-learning... 6 E. Praktyki i staże... 7 F. Wskazanie i opis osiągnięcia naukowego... 8 F1. Tytuł osiągnięcia naukowego... 8 F2. Publikacje wchodzące w skład osiągnięcia naukowego... 8 F3. Syntetyczne omówienie osiągnięcia naukowego... 9 Wstęp... 9 Analiza zróżnicowania genetycznego form lokalnych Porównanie zmienności form lokalnych, historycznych i współczesnych odmian owsa zwyczajnego Analiza zróżnicowania fenotypowego i genetycznego oraz opracowanie kolekcji rdzeniowej. 13 Identyfikacja wpływu środowiska na kształtowanie się form lokalnych owsa zwyczajnego Najważniejsze wnioski z prac składających się na osiągnięcie naukowe G. Pozostałe osiągnięcia naukowo badawcze G1. Pozostałe publikacje nie wchodzące w skład osiągnięcia naukowego G2. Syntetyczne omówienie pozostałych osiągnięć naukowych Ocena zmian w strukturze populacji powstałych w skutek starzenia się nasion i ich regeneracji polowej Charakterystyka różnorodności genetycznej roślin uprawnych Analiza funkcji genów kodujących dehydrogenazę cytokininową (CKX) Opis stanu wiedzy na temat kompleksu telomerowego u roślin Najważniejsze dokonania pozostałych osiągnięć naukowych H. Podsumowanie I. Literatura

4 4

5 A. DANE OSOBOWE Imię i nazwisko: Stopień naukowy: doktor Miejsce zatrudnienia: Polska Akademia Nauk Ogród Botaniczny Centrum Zachowania Różnorodności Biologicznej w Powsinie B. POSIADANE DYPLOMY, STOPNIE NAUKOWE: 2004 magister inżynier ogrodnictwa, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, Wydział Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu (obecnie Wydział Ogrodnictwa, Biotechnologii i Architektury Krajobrazu) Praca magisterska pt. Markery mikrosatelitarne związane z regeneracją w kulturze in vitro żyta ozimego (Secale cereale L.) oraz loci cech ilościowych zdolności do regeneracji Promotor: prof. dr hab. Monika Rakoczy Trojanowska (Katedra Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin) 2009 doktor nauk rolniczych w zakresie ogrodnictwa Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, Wydział Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu (obecnie Wydział Ogrodnictwa, Biotechnologii i Architektury Krajobrazu) Praca doktorska pt. Molekularna ocena zmian związanych z długotrwałym przechowywaniem i regeneracją ziarniaków żyta (Secale cereale L.) Promotor: prof. dr hab. Jerzy Puchalski (Polska Akademia Nauk Ogród Botaniczny Centrum Zachowania Różnorodności Biologicznej w Powsinie) 5

6 C. PRZEBIEG ZATRUDNIENIA obecnie Polska Akademia Nauk Ogród Botaniczny Centrum Zachowania Różnorodności Biologicznej w Powsinie, specjalista badawczo-techniczny, adiunkt Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin - Państwowy Instytut Badawczy Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych, adiunkt Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin - Państwowy Instytut Badawczy, Zakład Genomiki Funkcjonalnej, adiunkt Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin - Państwowy Instytut Badawczy Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych, inżynier, asystent, adiunkt 2009 Ogród Botaniczny Centrum Zachowania Różnorodności Biologicznej Polskiej Akademii Nauk, biolog 2001 Centrum Zieleni Plantman D. SZKOLENIA I E-LEARNING 2018 Zrób to sam: praktyczne aspekty analizy danych molekularnych (Ideas4biology) 2017 Podstawy programowania dla biologów w języku Python (Ideas4biology) Analiza i wizualizacja danych biologicznych w języku R (Ideas4biology) Analiza i wizualizacja danych w R (LabMasters) 2016 Genome Sequencing (Bioinformatics II) ) (University of California) Finding Hidden Messages in DNA (Bioinformatics I) (University of California) 2015 Introduction to Genetics and Evolution (Duke University) Bioinformatic Methods II (University of Toronto) Bioinformatic Methods I (University of Toronto) 2014 Computational Molecular Evolution (Technical University of Denmark -DTU) 2013 Plant genomics resources and phenotypic data standardisation (Uniwersytet Adama Mickiewicza w Poznaniu) 2010 Letnia Szkoła Taksonomii (Uniwersytet Gdański) 2009 Statistica (Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego) 2008 Tissue Printing for RNA and Protein Localization in Seeds 2007 Podstawy techniki Real Time PCR i analiza ekspresji genów 6

7 E. PRAKTYKI I STAŻE 2016 Polska Federacja Hodowców Bydła i Producentów Mleka, Laboratorium Genetyki Bydła z/s w Parzniewie (3 tygodnie) mikromacierze DNA 2008 USDA-ARS National Center for Genetic Resource Preservation, Fort Collins, USA - Staż naukowy finansowany z projektu USDA-ARS nr F147 (3 miesiące) 2002 G s Marketing Ltd Great Britain, Wielka Brytania (3 miesiące) 7

8 F. WSKAZANIE I OPIS OSIĄGNIĘCIA NAUKOWEGO F1. TYTUŁ OSIĄGNIĘCIA NAUKOWEGO Charakterystyka polskich form lokalnych owsa zwyczajnego (Avena sativa L.) na podstawie różnego typu danych źródłowych. F2. PUBLIKACJE WCHODZĄCE W SKŁAD OSIĄGNIĘCIA NAUKOWEGO Lp. Publikacje naukowe (w kolejności chronologicznej) F2.1. Boczkowska M, Tarczyk E (2013) Genetic diversity among Polish landraces of common oat (Avena sativa L.). Genetic Resources and Crop Evolution, 60: (udział własny 90%: koncepcja badań oraz założenia metodyczne, analiza ISSR, analiza statystyczna i opracowanie wyników, przygotowanie manuskryptu) F2.2. Boczkowska M, Onyśk A (2016) Unused genetic resources: a case study of Polish common oat germplasm. Annals of Applied Biology, 161: (udział własny 90%: koncepcja badań oraz założenia metodyczne, współpraca w trakcie analizy ISSR, analiza statystyczna i opracowanie wyników, przygotowanie manuskryptu) F2.3. Boczkowska M, Łapiński B, Kordulasińska I, Dostatny DF, Czembor JH (2016) Promoting the use of common oat genetic resources through diversity analysis and core collection construction. PLoS ONE 11(12): e doi: /journal.pone (udział własny 75%: koncepcja badań oraz założenia metodyczne analizy genetycznej, analiza ISSR, analiza statystyczna i opracowanie wyników, współpraca przy przygotowaniu manuskryptu) F2.4. Boczkowska M, Żebrowski J, Nowosielski J, Kordulasińska I, Nowosielska D, Podyma W, (2017) Environmentally-related genotypic, phenotypic and metabolic diversity of oat (Avena sativa L.) landraces based on 67 Polish accessions, Genetic Resources and Crop Evolution, 64: (udział własny 55%: koncepcja badań oraz założenia metodyczne analizy genetycznej metodą ISSR, analiza ISSR, analiza statystyczna i opracowanie wyników, współpraca przy przygotowaniu manuskryptu) Pkt. MNiSW IF 30 1, , , ,264 Łączna wartość publikacji dokumentujących moje osiągniecie naukowe według punktacji MNiSW z roku wydania wynosi 130 punktów. Sumaryczny Impact Factor w/w publikacji wg listy Journal Citation Reports (WoS) wynosi: 7,906, a sumaryczny 5-letni IF=8,417. We wszystkich publikacjach stanowiących osiągnięcie naukowe jestem pierwszym autorem z udziałem od 55 do 90%. 8

9 F3. SYNTETYCZNE OMÓWIENIE OSIĄGNIĘCIA NAUKOWEGO W latach prowadziłam prace badawcze nad zróżnicowaniem genetycznym polskich form lokalnych owsa. Uzyskane wyniki opracowałam i opublikowałam jako cykl czterech, powiązanych tematycznie, oryginalnych prac naukowych (F2.1 F2.4). Uznając te publikacje za najważniejsze osiągnięcie w mojej dotychczasowej działalności naukowej przedkładam je jako podstawę ubiegania się o nadanie stopnia doktora habilitowanego. WSTĘP Owies jest zbożem o stosunkowo małym znaczeniu gospodarczym i aktualnie zajmuje siódmą pozycję pod względem światowej produkcji. Jest to gatunek uprawiany na całym świecie, ale większość jego produkcji znajduje się na półkuli północnej, pomiędzy szerokościami geograficznymi 40 i 60 N. W porównaniu do innych zbóż owies jest lepiej przystosowany do uprawy na kwaśnych glebach w chłodnym i wilgotnym klimacie, jednocześnie jest jednak wrażliwy na niedobór wody i upał podczas formowania i dojrzewania nasion (1). W ciągu ostatniej dekady jego średnia światowa produkcja wynosiła około 23 mln ton rocznie, a głównymi producentami są Rosja, Kanada i Polska. W stosunku do lat sześćdziesiątych XX wieku produkcja owsa zmniejszyła się jednak dwukrotnie. Głównym gatunkiem uprawnym jest owies zwyczajny (Avena sativa L.), lecz oprócz niego, w niektórych rejonach świata, uprawia się jeszcze trzy inne gatunki, to jest owies szorstki (Avena strigosa Schreb.), owies bizantyjski (Avena byzantina C. Koch.), i owies abisyński (Avena abyssinica Hochst.). Pewnym jest, że udomowienie wszystkich czterech gatunków owsa odbyło się niezależne (2, 3). Światowe zasoby genowe rodzaju Avena obejmują próbek zabezpieczonych w 125 instytucjach głównie bankach genów zlokalizowanych w 63 krajach. Jest to ósma co do wielkości kolekcja roślinnych zasobów genowych po pszenicy, ryżu, jęczmieniu, kukurydzy, fasoli, sorgo i soi. Przy czym w 14 krajach przechowywanych jest ponad 80% obiektów z czego trzy największe kolekcje znajdują się w Kanadzie (około ), Stanach Zjednoczonych (około ) i Rosji (około ). Łącznie dla czterech gatunków uprawnych owsa zgromadzono około obiektów z czego 95% stanowią obiekty owsa zwyczajnego. Polska kolekcja, zgromadzona przez Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych (KCRZG) IHAR-PIB w Radzikowie, jest dziewiątą co do wielkości kolekcją rodzaju Avena na świecie i składa się z obiektów. Formy lokalne czyli odmiany miejscowe to populacje roślin uprawnych, które powstały w skutek długotrwałej uprawy na danym stanowisku i zostały ukształtowane przez presję selekcyjną panujących tam warunków klimatycznych i glebowych, mutacje, migracje i dryf genetyczny oraz zostały poddane selekcji zgodnej z preferencjami uprawiającej je ludności, lecz nie mającej znamion klasycznej hodowli (4-8). W związku z tym, charakteryzują się one wysokim poziomem zróżnicowania, a w przypadku gatunków obcopylnych również wysokim poziomem heterozygotyczności. Struktura genetyczna tych populacji jest dynamiczna, a jej zmiany są generowane, zarówno przez czynniki środowiska, jak i antropogeniczne. Obecność form lokalnych jest związana z tradycyjnym, ekstensywnym sposobem gospodarowania ziemią (8). Ze względu na obecność 9

10 w populacjach zróżnicowanych genetycznie osobników formy lokalne wykazują odporność na lokalne patogeny, przez co spowalniają rozprzestrzenianie się chorób i szkodników w uprawie. W efekcie tego, a także dzięki dobremu przystosowaniu się do lokalnych warunków środowiska i podwyższonej konkurencyjności w stosunku do chwastów, formy lokalne charakteryzują się stabilnością plonowania w różnych latach. Formy lokalne stanowią również istotną część wiedzy tradycyjnej i historii lokalnych społeczności. Poza wartością rolniczą i kulturową, formy lokalne stanowią również cenne i potencjalnie łatwe do wykorzystania źródło nowej dotychczas nie wykorzystywanej zmienności genetycznej dla hodowli twórczej. Współczesne odmiany są jednorodne, lub prawie jednorodne, pod względem genetycznym i wzajemnie blisko spokrewnione, gdyż wywodzą się z niewielkiej puli genotypów inicjalnych. Konsekwencją tego jest stosunkowo wąska pula genowa współczesnych odmian, która warunkuje równie wąską zmienność fenotypową. Formy lokalne, jako bardziej prymitywne i niepoddane procesowi hodowli stanowią stosunkowo dobre źródło zmienności genetycznej ze względu na brak barier krzyżowalności i mniejszy udział cech niekorzystnych, z jakimi mamy do czynienia w przypadku dzikich gatunków pokrewnych roślinom użytkowym. Jednak, aby efektywnie wykorzystać ich potencjał konieczne jest poznanie i ocena ich cech użytkowych oraz długotrwały proces hodowli wstępnej. Te dwa czynniki w istotny sposób zniechęcają hodowców do włączenia form lokalnych do programów hodowlanych. W Polsce, uwarunkowania historyczne i gospodarcze pozwoliły na wyjątkowo długi okres uprawy form lokalnych zbóż, w tym również owsa. Było to możliwe dzięki znaczącemu rozdrobnieniu gospodarstw i ekstensywnej uprawie roli. W efekcie odmiany miejscowe zbóż występowały w aktywnej uprawie w Polsce nawet pod koniec XX wieku. Tak długi okres występowania w uprawie, czyli w warunkach in situ umożliwił zgromadzenie unikatowej kolekcji form lokalnych roślin uprawnych, przez co bioróżnorodność ekosystemu rolniczego z terenu Polski została w znacznym stopniu zachowana. W momencie, w którym rozpoczynałam badania dotyczące zmienności genetycznej polskiej kolekcji owsa, wiedza na temat zróżnicowania zasobów genowych tego gatunku była stosunkowo niewielka. Doniesienia naukowe zawierały informację o zróżnicowaniu genetycznym kanadyjskiej kolekcji owsa uprawnego na podstawie jakościowych cech morfologicznych (9). Jedynie dla niewielkiej części tej kolekcji dostępne były dane genetyczne uzyskane metodą markerów molekularnych typu AFLP (Amplified Fragments Length Polymorphism) (10, 11). W obrębie polskiej kolekcji wykonana została charakterystyka morfologiczna i genotypowa (AFLP) dla 68 form lokalnych pochodzących z terytorium Polski (12). W powyższych pracach brak jest jednak spójnej, jednorodnej analizy wszystkich dostępnych danych. Rozpoczęcie systematycznych analiz genetycznych, które krok po kroku opisywały zróżnicowanie zgromadzonej kolekcji oraz analiza uzyskanych wyników w połączeniu z jak najszerszym spektrum danych innego typu np. morfologicznych, fenologicznych, użytkowych, środowiskowych itd. było nieodzowne dla aktywizacji zgromadzonych zasobów genowych. Pełna charakterystyka zgromadzonych kolekcji jest kluczowym warunkiem pozyskania zainteresowania hodowców i naukowców. Jednocześnie wyniki analiz genetycznych stały się podstawą uporządkowania i efektywnego zarządzania przechowanymi zasobami genetycznymi. 10

11 ANALIZA ZRÓŻNICOWANIA GENETYCZNEGO FORM LOKALNYCH Boczkowska M, Tarczyk E (2013) Genetic diversity among Polish landraces of common oat (Avena sativa L.). Genetic Resources and Crop Evolution, 60: W pierwszym etapie badań skupiono się na określeniu poziomu zmienności form lokalnych pochodzących z terenu Polski. W badaniach wykorzystane zostało 67 obiektów, które podsiadały wstępny opis morfologiczny i genetyczny (12) oraz kompletne dane paszportowe dotyczące lokalizacji miejsca zbioru. Głównym celem było wykorzystanie markerów mikrosatelitarnych ISSR (Inter Simple Sequence Repeats) do oceny dystansu genetycznego między obiektami oraz stwierdzenie czy istnieje związek między polimorfizmem DNA, a niektórymi cechami morfologicznymi. Markery ISSR były już wcześniej z powodzeniem stosowane w analizach zmienności genetycznej w obrębie rodzaju Avena (13-16). W prezentowanej pracy zastosowane zostało nowatorskie podejście metodyczne tj. startery ISSR zostały wyznakowane fluorochromami, a produkty reakcji PCR rozdzielano i wizualizowano w sekwenatorze kapilarnym Genetic Analyzer 3130XL. Takie rozwiązanie analityczne pozwoliło na znaczną poprawę wydajności i powtarzalności reakcji i dzięki temu dla ośmiu starterów uzyskanych zostało łącznie 895 fragmentów DNA. Analiza wyników wykazała, że dystans genetyczny między obiektami obliczony przy pomocy współczynnika Dice a wynosił od 0.09 do 0.37, jednak nie był on skorelowany z dystansem geograficznym akcesji. Grupowanie obiektów metodą UPGMA wykazało obecność trzech głównych klastrów analizowanych akcesji. Wyniki te potwierdziła również analiza głównych współrzędnych. (PCoA) W sposobie grupowania obiektów można odnaleźć powiązanie zmienności genetycznej z kolorem plewy. Wyróżnione zostały dwie skrajne grupy, w których dominowały obiekty o żółtej lub białej barwie plewy. W trzeciej, środkowej grupie znalazły się formy lokalne zarówno o białej jak i żółtej barwie plewy. Co istotne, grupowanie nie wykazało związku z odmianą botaniczną, choć jednym z kluczowych parametrów determinujących przynależność do konkretnej odmiany botanicznej jest właśnie barwa plewy. Należy zwrócić uwagę, że obiekty wykazujące odrębność genetyczną w znaczącej większości były złożone z osobników o białej barwie plewy. Występował natomiast słaby związek między dystansem genetycznym i różnicą w wysokości nad poziom morza miejsc pochodzenia form lokalnych oraz silnie z nią powiązanymi średnią roczną temperaturą i ilością opadów. W powyższej pracy, polimorfizm markerów ISSR został po raz pierwszy wykorzystany do opisu kolekcji zasobów genowych owsa. Analizy te zainicjowały również, prowadzony przez kilka kolejnych lat, cykl badań dotyczący zróżnicowania Polskiej kolekcji owsa, w którym wyniki analiz genetycznych były omawiane w szerokim kontekście dostępnych informacji różnego typu. PORÓWNANIE ZMIENNOŚCI FORM LOKALNYCH, HISTORYCZNYCH I WSPÓŁCZESNYCH ODMIAN OWSA ZWYCZAJNEGO Boczkowska M, Onyśk A (2016) Unused genetic resources: a case study of Polish common oat germplasm. Annals of Applied Biology, 161: Kolejnym etapem badań było porównanie puli genowej starych źródeł zmienności form lokalnych i odmian wyhodowanych w okresie przed II wojną światową ze współczesnymi, polskimi i europejskimi odmianami. Wyniki tej analizy miały udzielić odpowiedzi na trzy 11

12 podstawowe pytania: jak bogata jest polska pula genowa owsa zwyczajnego?, czy charakteryzuje się ona strukturą genetyczną? i na ile struktura ta jest wyraźna? Do badań wytypowane zostały trzy grupy obiektów o porównywalnej liczebności, tj. 23 historyczne odmiany, 19 form lokalnych i 17 współczesnych odmian owsa. Analiza opierała się na opracowanej we wcześniejszym eksperymencie metodyce znakowanych markerów ISSR. Istotne jest, że analizę genetyczną wykonano na pojedynczych roślinach - każdy obiekt reprezentowały 24 osobniki. Dzięki temu możliwe było określenie poziomu zmienności w obrębie badanych obiektów. Formy lokalne owsa okazały się zbiorami wielu zróżnicowanych genotypów w efekcie czego wartość współczynnika zróżnicowania wewnętrznego była wysoka. Co więcej, badana grupa 19 form lokalnych charakteryzowała się również najbogatszą pulą genową. W porównaniu ze współczesnymi odmianami, wartości współczynnika zróżnicowania wewnętrznego badanych form lokalnych były dwu- i trzykrotnie wyższe. Stare odmiany charakteryzowały się pośrednimi wartościami zróżnicowania genetycznego, a ich pula genowa była stosunkowo wąska i całkowicie odrębna od współczesnych polskich odmian. Zaskakującym wynikiem była również ich odrębność od przebadanych form lokalnych, co wskazywałoby na niedostateczne zabezpieczenie zmienności genetycznej starych źródeł zmienności owsa zwyczajnego uprawianych na terenie Polski w postaci form lokalnych. Współczesne odmiany wykazywały pewne podobieństwo do analizowanych form lokalnych, mimo to rozgraniczenie między tymi pulami genowymi było jednak widoczne. Zestawienie starych i współczesnych odmian oraz form lokalnych pozwoliło zidentyfikować obiekty błędnie zakwalifikowane jako formy lokalne. Spośród 19 uwzględnionych w tej analizie obiektów trzy wykazywały istotne podobieństwo ze starymi odmianami, choć utraciły one integralność genetyczną. Dwa kolejne obiekty ze względu na obecność i wysoką frekwencję alleli charakterystycznych dla współczesnych odmian, które nie występowały w puli genowej form lokalnych, są prawdopodobnie mieszaniną nasion nowoczesnych odmian i lokalnie uprawianych form owsa. Formy lokalne zgromadzone w banku genów pochodzą głównie z ekspedycji terenowych, a podstawą ich klasyfikacji jest wywiad przeprowadzony z uprawiającym je rolnikiem. Z tego powodu ich błędne opisanie często zdarzające się w kolekcjach banków genów, jest bardzo prawdopodobne. Dlatego badania molekularne stanowią właściwie jedyny sposób weryfikacji zgromadzonych obiektów, co potwierdziły prezentowane badania. W powyższej pracy po raz pierwszy zaprezentowano zróżnicowanie genetyczne osobników wchodzących w skład populacji roślin uprawianych jako form lokalna, historycznych i współczesnych odmian. Takie podejście do analizy zasobów genowych roślin użytkowych jest unikatowe w skali świata ze względu na wysoką praco- i kosztochłonność badań molekularnych. 12

13 ANALIZA ZRÓŻNICOWANIA FENOTYPOWEGO I GENETYCZNEGO ORAZ OPRACOWANIE KOLEKCJI RDZENIOWEJ Boczkowska M, Łapiński B, Kordulasińska I, Dostatny DF, Czembor JH (2016) Promoting the use of common oat genetic resources through diversity analysis and core collection construction. PLoS ONE 11(12): e doi: /journal.pone Wyniki uzyskane we wcześniejszej analizie stały się inspiracją wykonania dokładnej analiz całej kolekcji polskich form lokalnych owsa zgromadzonej w KCRZG. Celami nadrzędnymi tych badań było wydzielenie kolekcji rdzeniowej (ang. core collection) polskich form lokalnych owsa oraz wytypowanie akcesji potencjalnie użytecznych w programach hodowlanych. Analizę przeprowadzono na 2184 osobnikach pochodzących z 91 obiektów, w tym trzech, które we wcześniejszej analizie zostały zidentyfikowane jako stare odmiany. Tak jak poprzednio wykorzystane zostały markery typu ISSR i wysokorozdzielczy rozdział produktów reakcji PCR w sekwenatorze kapilarnym. Ponadto użyte zostały wyniki wieloletnich obserwacji polowych cech użytkowych, tj. agronomicznych i morfologicznych, które są dostępne poprzez bazę danych EGISET. Zróżnicowanie genotypowe kolekcji określono na podstawie 1520 loci ISSR, a fenotypowe na podstawie ośmiu cech morfologicznych, fenologicznych i użytkowych: wysokości rośliny, daty wiechowania, liczby dni do dojrzałości, podatności na wyleganie, odporności na mączniaka pospolitego i rdzę koronowa oraz masy tysiąca ziaren a także plonu ziarna z poletka. Współczynnik genetycznego zróżnicowania wewnętrz akcesji wg. Nei a mieścił się w przedziale od 0,17 do 0,31. Tak jak we wcześniejszym badaniu, wysoka zmienność wewnątrz obiektów wskazuje, że formy lokalne złożone są ze znacznej liczby zróżnicowanych genotypów. Poziom zmienności wewnętrznej był specyficzny dla obiektu i nie wykazywał istotnego związku ani z czasem uprawy, ani z rejonem pochodzenia formy lokalnej. Wyniki analiza wariancji molekularnej (AMOVA) wykazują, że zróżnicowanie między obiektami było wyższe, niż w ich obrębie. Jednak całkowity poziom zmienności kolekcji form lokalnych owsa był niższy od zakładanego. W chwili obecnej, na podstawie posiadanych wyników, nie można jednak jednoznacznie stwierdzić na ile oznaczony poziom genetycznej zmienności wewnętrznej reprezentuje oryginalne zróżnicowanie genetyczne form lokalnych i czy w trakcie pobierania próbki nasion do banku genów i ich późniejszej reprodukcji i regeneracji nie doszło do wystąpienia dryfu genetycznego w akcesjach. Na podstawie wyników analizy głównych współrzędnych (PCoA) i analizy struktury populacji za pomocą algorytmu Bayes a zidentyfikowano obecność dwóch wyraźnych grup obiektów. W mniejszej poza trzema akcesjami, które we wcześniejszym badaniu zidentyfikowane zostały jako stare odmiany, znalazło się jeszcze pięć obiektów. Najprawdopodobniej one również zostały błędnie zaklasyfikowane jako formy lokalne. Na podstawie danych wieloletnich dla ośmiu cech o charakterze użytkowym, określono poziom zróżnicowania fenotypowego kolekcji. Poziom zmienności badanych cech był największy w przypadku plonu ziarna z poletka, a najmniejszy dla odporności na obserwowane patogeny. Tylko kilka obiektów wykazywało porażenie patogenami w średnim stopniu, reszta zaś była całkowicie odporna. Grupowanie hierarchiczne metodą Ward a na podstawie współczynnika podobieństwa Gower a wyróżniło trzy główne klastry o wyraźnej strukturze niższego rzędu. W pierwszym znalazły się obiekty 13

14 o wysokim plonie a w trzecim wczesne i o niskiej masie tysiąca ziaren. Druga grupa zawierała obiekty o pośrednich wartościach cech. Analiza głównych składowych (PCA) wykazała korelację pierwszej składowej z plonem, masą tysiąca ziaren i datą wiechowania, drugiej zaś z podatnością na wyleganie, odpornością na porażenie rdzą koronową oraz liczbą dni do dojrzałości. Jednak na wykresie pierwszej i drugiej głównej składowej nie dało się wyróżnić grup wydzielonych przez analizę hierarchiczną, a jedynie pewną odrębność pojedynczych obiektów. Analiza korelacji wykazała istotny związek między masą tysiąca ziaren a plonem, datą wiechowania, wysokością rośliny i odpornością na rdzę koronową. Co ciekawe, jedynie słaba korelacja występowała między wysokością rośliny a podatnością na wyleganie. Przy użyciu narzędzi statystycznych nie udało się jednak wykazać istotnego związku między zmiennością genetyczną i fenotypową. Brak tego typu zależności opisali też Winkler i in. (17). Na podstawie wyników analizy fenotypu i genotypu zostało wytypowanych 21 obiektów, które powinny utworzyć kolekcję rdzeniową jako pokrywającą całkowicie zmienność występującą w polskich formach lokalnych owsa. Jest to pierwsza kolekcja rdzeniowa polskich zasobów genowych roślin rolniczych. Udało się również wytypować formy lokalne, które mogą być wykorzystane w programach hodowlanych jako cenne źródło nowej zmienności genetycznej lub zostać objęte programem ochrony in situ, z którego płynęłaby obopólna korzyść dla rolników i badaczy. IDENTYFIKACJA WPŁYWU ŚRODOWISKA NA KSZTAŁTOWANIE SIĘ FORM LOKALNYCH OWSA ZWYCZAJNEGO Boczkowska M, Żebrowski J, Nowosielski J, Kordulasińska I, Nowosielska D, Podyma W, (2017) Environmentally-related genotypic, phenotypic and metabolic diversity of oat (Avena sativa L.) landraces based on 67 Polish accessions, Genetic Resources and Crop Evolution, 64: W ostatnim etapie badań skupiono się na założeniu, że formy lokalne podlegają presji selekcyjnej środowiska, w którym powstały. Wykorzystany został zestaw 67 obiektów dla których dysponowano pełnymi danymi paszportowymi, w których poza koordynatami geograficznymi znajdowały się również informacje klimatyczne o średniej rocznej temperaturze i sumie opadów w miejscu zbioru. W celu określenia wpływu środowiska na formowanie się odmian miejscowych wykorzystano wszystkie dostępne dane zgromadzone dla badanego zestawu akcesji. Zestaw danych obejmował dane genetyczne uzyskane metodą markerów molekularnych AFLP i ISSR, fenotypowe (morfologiczne i użytkowe) oraz metaboliczne pochodzące ze spektroskopii FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy). Surowe wyniki zostały poddane wielopoziomowej, szczegółowej analizie statystycznej. Dzięki temu uzyskano pełny obraz rzeczywistego zróżnicowania badanych obiektów oraz oceniono zgodność wyników uzyskiwanych w poszczególnych typach doświadczeń. Zestawienie wyników ze wszystkich analiz wykazało, że formy lokalne pozyskane z tej samej lub sąsiadującej lokalizacji charakteryzowały się bardzo podobną morfologią i składem lipidów, a jednocześnie wykazywały odrębność genetyczną i metaboliczną na poziomie białek oraz były zróżnicowane pod względem cech użytkowych. Wysokość nad poziomem morza w istotny sposób wpływała na bogactwo genotypów, fenotypów oraz zmienność na poziomie metabolomu. Istotny wydaje się fakt, iż wraz ze wzrostem wysokości malała zmienność genetyczna i fenotypowa, a rosła zmienność w obrębie 14

15 metabolomu. Otrzymane wyniki z jednej strony pokazują selekcyjną presję środowiska, a z drugiej ukierunkowane działanie rolników przez preferowanie konkretnych morfotypów w poszczególnych regionach np. odmiany miejscowe o białej barwie plewy pochodziły głownie z rejonów górskich. Na podstawie wyników analizy genetycznej stwierdzono też zróżnicowane, pierwotne pochodzenie materiałów uprawianych na danych terenach. Co więcej rolnicy zachowywali możliwą czystość genetyczną swoich nasion nie mieszając ze sobą poszczególnych odmian miejscowych. Wśród wykorzystanych w badaniach metod znalazła się również spektroskopia FTIR. W prezentowanej pracy, po raz pierwszy wykorzystano tę technikę do opisu poziomu zmienności zasobów genowych owsa. Spektroskopia FTIR okazała się być obiecującym narzędziem do tego typu badań. Poziom zróżnicowania wykryty przy pomocy tej techniki był znacząco wyższy niż w przypadku pozostałych, standardowych metod opisu zmienności. Wykorzystanie w badaniach materiału, który został zreprodukowany w tym samym czasie i miejscu, pozwoliło na ocenę rzeczywistej zmienności obiektów na poziomie metabolitów. Istotne jest, że choć całkowita zmienność w obrębie frakcji lipidowej była zdecydowanie wyższa od tej obserwowanej we frakcji białkowej, to była ona słabiej modulowana przez czynniki środowiska. Wykorzystanie ogólnej analizy Prokrusta pozwoliło uzyskać konsensusową konfigurację dla wszystkich wykonanych analiz. Wykazała ona, że markery AFLP i analiza cech użytecznych agronomicznie generowały wyniki odbiegające od pozostałych. Wykres w przestrzeni dwuwymiarowej na podstawie składowych głównych nie ukazał obecności wyraźnie wydzielonych grup. Wnikliwa analiza pozwoliła jednak na stwierdzenie separacji przestrzennej form lokalnych ze względu na wysokość plonowania i średnią roczną temperaturę w miejscu zbioru. Obserwacje te potwierdziły wyniki analizy redundancji. W prezentowanej pracy w unikatowy sposób wykorzystano różnorodne dane zgromadzone dla grupy 67 obiektów owsa aby opisać zmienność genetyczną. Dotychczas nie ukazała się żadna praca dotycząca zasobów genowych roślin rolniczych, w której zagadnienie zróżnicowania byłoby traktowane w tak kompleksowy sposób. NAJWAŻNIEJSZE WNIOSKI Z PRAC SKŁADAJĄCYCH SIĘ NA OSIĄGNIĘCIE NAUKOWE Wszelkie działania w zakresie zachowania zasobów genowych wymagają charakterystyki różnorodności, która jest obecna zarówno w pulach genowych, jak i w bankach genów. Genetyka molekularna odgrywa istotną rolę w wielu aspektach konserwatorskich, takich jak charakterystyka zasobów genowych na potrzeby udoskonalenia ich gromadzenia, utrzymania i wykorzystania. Przedłożony cykl powiązanych tematycznie publikacji stanowi istotny merytorycznie wkład w stan wiedzy dotyczącej zróżnicowania genetycznego polskich form lokalnych owsa zwyczajnego w aspekcie ich wykorzystania w hodowli i poprawy zarządzania obiektami zgromadzonymi w banku genów. Na szczególne podkreślenie zasługuje fakt, iż w badaniach w ramach samodzielnie przygotowanego programu wykorzystano unikatowe materiały roślinne, co pozwoliło uzyskać wyniki o szczególnej wartości naukowej. 15

16 Na podstawie przeprowadzonych badań można sformułować następujące wnioski: 1) Stwierdzono, że pula genowa polskich form lokalnych jest istotnie bogatsza od współcześnie uprawianych polskich odmian. 2) Wewnętrzne zróżnicowanie form lokalnych jest wysokie, a ich pule genowe nie charakteryzują się odrębnością i przenikają się w różnym stopniu. 3) W bazie danych zasobów genowych zdarzają się obiekty błędnie zakwalifikowane jako formy lokalne, a badania molekularne stanowię jedyny efektywny sposób weryfikacji informacji o zgromadzonych w trakcie ekspedycji terenowych obiektach. 4) Analiza populacji pojedynczych osobników lepiej odzwierciedla złożoność i wzajemne relacje w obrębie puli genowej niż analiza prób zbiorczych, jednak warunkiem koniecznym jest jednoczesne przeanalizowanie wielu osobników z każdej akcesji. 5) Spektroskopia FTIR jest narzędziem o dużym potencjale w analizie różnorodności zasobów genowych roślin, jednak koniecznym warunkiem jej wykorzystania jest posiadanie materiału uzyskanego z jednoczesnego wysiewu w tej samej lokalizacji. 6) Warunki środowiska, panujące w miejscu powstania formy lokalnej, w istotny sposób kształtują jej genotyp i w konsekwencji jej fenotyp również na poziomie metabolitów. W przypadku form lokalnych owsa największy wpływ miała średnia roczna temperatura w miejscu pochodzenia. 7) Na kształtowanie zmienności form lokalnych owsa istotny wpływ miały również preferencje doboru materiału siewnego przez rolników. Przejawem tego było wybieranie konkretnych morfotypów w poszczególnych regionach uprawy w Polsce. 8) Rzeczywistą różnorodność akcesji w najbardziej wiarygodny sposób oddaje jednoczesna analiza wielu typów danych opisujących zasoby genowe. 16

17 G. POZOSTAŁE OSIĄGNIĘCIA NAUKOWO BADAWCZE G1. POZOSTAŁE PUBLIKACJE NIE WCHODZĄCE W SKŁAD OSIĄGNIĘCIA NAUKOWEGO Lp. Publikacje naukowe (w kolejności chronologicznej) G1.1 Boczkowska M, Niedzielski M, Puchalski J, 2007, Molecular studies on seed ageing effects in relation to long-term storage of rye seeds. Vorträge für Pflanzenzüchtung, 71: G1.2 Boczkowska M, Puchalski J, 2008, Molecular studies on the changes in the genetic composition in gene bank accessions after long term storage of rye seeds, Polish Journal of Natural Sciences, Supp. 5: G1.3 Boczkowska M, Puchalski J, 2012, SSR studies of genetic changes in relation to long-term storage and field regeneration of rye (Scale cereale L.) seeds. Seed Science and Technology, 40, G1.4 Boczkowska M, Bulińska-Radomska Z, Nowosielski J, 2012, AFLP analysis of genetic diversity in five accessions of Polish runner bean (Phaseolus coccineus L.). Genetic Resources and Crop Evolution, 59: G1.5 Boczkowska M, Puchalski J, 2012, Telomery i telomeraza w komórkach roślinnych, Kosmos, 61: G1.6 Boczkowska M, Nowosielski J, Nowosielska D, Podyma W, 2014, Assessing genetic diversity in 23 early Polish oat cultivars based on molecular and morphological studies. Genetic Resources and Crop Evolution, 61: G1.7 Zalewski W, Gasparis S, Boczkowska M, Rajchel IK, Kała M, Orczyk W, Nadolska-Orczyk A, 2014, Expression patterns of HvCKX genes indicate their role in growth and reproductive development of barley. PloS ONE, doi: /journal.pone G1.8 Góral T, Stuper-Szablewska K, Buśko M, Boczkowska M, Walentyn- Góral D, Wiśniewska H, Perkowski J, 2015, Relationships between Genetic Diversity and Fusarium Toxin Profiles of Winter Wheat Cultivars. Plant Pathology Journal, 31: G1.9 Boczkowska M, Harasimiuk M, Onyśk A, 2015, Studies on genetic variation within old Polish cultivars of common oat. Cereal Research Communications, 43:12-21 G1.10 Boczkowska M, Podyma W, Łapiński B, 2016, Oat, w Singh, M. & Upadhyaya, H. (ed.) Genetic and Genomic Resources for Grain Cereals Improvement. Elsevier Academic Press, Pkt. MNiSW IF , , , , , ,

18 G1.11 Podyma W, Boczkowska M, Wolko B, Dostatny DF, 2017, Morphological, isoenzymatic and ISSRs based description of diversity of eight sand oat (Avena strigosa Schreb.) landraces. Genetic Resources and Crop Evolution, 64: G1.12 Onyśk A, Boczkowska M, 2017, M13-tailed Simple Sequence Repeat (SSR) markers in studies of genetic diversity and population structure of common oat germplasm. w: Gasparis S. (ed) Oat, Methods in Molecular Biology Volume 1536, Springer, , G2. SYNTETYCZNE OMÓWIENIE POZOSTAŁYCH OSIĄGNIĘĆ NAUKOWYCH Pracę naukową rozpoczęłam podczas studiów na kierunku Ogrodnictwo w Szkole Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. W katedrze Genetyki Hodowli i Biotechnologii Roślin pod kierunkiem prof. dr hab. Moniki Rakoczy-Trojanowskiej wykonałam pracę magisterską dotyczącą mapowania loci warunkujących reakcję niedojrzałych zarodków żyta w kulturach in vitro. Do mapowania wykorzystane zostały markery mikrosatelitarne SSR (Simple Sequence Repeats). Wynik tej pracy zostały zaprezentowane na Polskim Kongresie Genetyki (C2.1 Załącznik 7). W pracy doktorskiej wykonywanej w Ogrodzie Botanicznym Centrum Zachowania Różnorodności Biologicznej PAN podjęłam tematykę zmian w strukturze genetycznej populacji generowanych przez długotrwałe przechowywanie nasion i związaną z tym utratą żywotności oraz zmian wynikających z regeneracji polowej nasion. Badania te prowadziłam pod kierunkiem prof. dr hab. Jerzego Puchalskiego (G1.1, G1.2 i G1.3). Dotyczyły one kluczowych aspektów funkcjonowania banku genów, czyli spadku żywotności nasion w trakcie przechowywania i zmian powstających w trakcie odnawiania nasion poprzez polową regenerację. Moim obiektem doświadczalnym były nasiona żyta zwyczajnego (Secale cereale L.), które ze względu na bardzo szybką utratę żywotności jest uważane za modelowy gatunek w badaniach procesów starzenia się nasion. OCENA ZMIAN W STRUKTURZE POPULACJI POWSTAŁYCH W SKUTEK STARZENIA SIĘ NASION I ICH REGENERACJI POLOWEJ Boczkowska M, Niedzielski M, Puchalski J, 2007, Molecular studies on seed ageing effects in relation to long-term storage of rye seeds. Vorträge für Pflanzenzüchtung, 71: Boczkowska M, Puchalski J, 2008, Molecular studies on the changes in the genetic composition in gene bank accessions after long term storage of rye seeds, Polish Journal of Natural Sciences, Supp. 5: Boczkowska M, Puchalski J, 2012, SSR studies of genetic changes in relation to long-term storage and field regeneration of rye (Scale cereale L.) seeds. Seed Science and Technology, 40, Unikatowy materiał badawczy, jakim były nasiona żyta odmiany Dańkowskie Złote, które w skutek przechowywania przez 25 lat w różnym stopniu utraciły żywotność (9% - 71%) poddano analizie genetycznej. Wykonano ocenę wpływu procesu starzenia się nasion na zmienność genetyczną populacji i jej stabilność. Ponadto analizie poddano również materiał uzyskany w drodze regeneracji polowej materiałów po długotrwałym przechowywaniu. Zmiany na poziomie struktury populacji śledzono przy użyciu markerów SSR. Wyniki analiz wskazywały na wyraźne wyodrębnienie się próbki 18

19 o najniższej żywotności i jednoczesny wzrost jest jej homozygotyczności. Każda kolejna regeneracja polowa materiału o niskiej żywotności powodowała zaś wzrost dystansu genetycznego w stosunku do próbki wyjściowej. Obserwowany wzrost zmienności między próbkami po pierwszej regeneracji polowej był nietrwały i zanikał po kolejnym cyklu regeneracji. Wynikał on bezpośrednio z obcopylności żyta i losowej segregacji alleli. CHARAKTERYSTYKA RÓŻNORODNOŚCI GENETYCZNEJ ROŚLIN UPRAWNYCH Po zakończeniu studiów doktoranckich podjęłam pracę w Krajowym Centrum Zasobów Genowych Roślin w Instytucie Hodowli i Aklimatyzacji Roślin PIB w Radzikowie. W tym czasie zajmowałam się tematyką różnorodności zasobów genowych roślin uprawnych. Prowadzone przeze mnie badania dotyczyły fasoli wielokwiatowej, owsa zwyczajnego, owsa szorstkiego i pszenicy zwyczajnej (G1.4, G1.6, G1.8, G1.9, G1.10, G1.11, G1.12). FASOLA WIELOKWIATOWA (PHASEOLUS COCCINEUS L.) Boczkowska M, Bulińska-Radomska Z, Nowosielski J, 2012, AFLP analysis of genetic diversity in five accessions of Polish runner bean (Phaseolus coccineus L.). Genetic Resources and Crop Evolution, 59: Przy pomocy markerów AFLP przeanalizowane zostały dwie komercyjne odmiany i trzy formy lokalne. Każdy obiekt reprezentowany był przez 15 osobników. Celem było opisanie poziomu i struktury zmienności genetycznej tego materiału w kontekście potencjalnej użyteczności form lokalnych dla hodowli. W ramach opracowania wyników obliczony został dystans genetyczny, wariancja molekularną (AMOVA) oraz wykonana została analiza głównych współrzędnych (PCoA). Otrzymane wyniki wskazywały, że zmienność w obrębie badanych odmian komercyjnych jest porównywalna z tą występującą w formach lokalnych co sugeruje, że proces hodowlany prowadzący do ich powstania był raczej umiarkowany. Niska wartość dystansu genetycznego między obiektami wskazuje zaś na wykorzystanie w hodowli rodzimie występującej puli genowej. Niska różnorodność genetyczna może wskazywać na zawężenie puli genowej P. coccineus w Polsce, do którego mogło dojść w trakcie rozprzestrzeniania się terenu uprawy w kierunku północnym. OWIES ZWYCZAJNY (AVENA SATIVA L.) Boczkowska M, Nowosielski J, Nowosielska D, Podyma W, 2014, Assessing genetic diversity in 23 early Polish oat cultivars based on molecular and morphological studies. Genetic Resources and Crop Evolution, 61: Boczkowska M, Harasimiuk M, Onyśk A, 2015, Studies on genetic variation within old Polish cultivars of common oat. Cereal Research Communications, 43:12-21 Onyśk A, Boczkowska M, 2017, M13-tailed Simple Sequence Repeat (SSR) markers in studies of genetic diversity and population structure of common oat germplasm. w: Gasparis S. (ed) Oat, Methods in Molecular Biology Volume 1536, Springer, Poza formami lokalnymi owsa zwyczajnego, które zostały omówione szczegółowo w opisie osiągnięcia naukowego, badaniami objęta została również pula genowa polskich odmian wyhodowanych przed II Wojną Światową. W pierwszej kolejności wykonana została analiza zróżnicowania genetycznego 23 odmian (G1.6). Wykorzystane zostały 19

20 dostępne wyniki badań genetycznych wykonanych techniką AFLP i RAPD oraz opis morfologiczny. Ponadto wykonana została analiza przy użyciu markerów ISSR. Analiza statystyczna całości wyników wykazała, że markery ISSR w najwyższym stopniu wykrywały polimorfizm genetyczny w badanym materiale i jako jedyne wykazywały istotną korelację z cechami morfologicznymi. Wartość współczynnika zróżnicowania wykazała, że pula genowa zachowanych odmian historycznych jest raczej wąska. Grupowanie otrzymane, zarówno metodą UPGMA, jak i poprzez analizę głównych współrzędnych, nie wykazało związku ani z czasem wyhodowania, ani morfotypem. Część zmienność morfologicznej, która zachowała się w historycznych odmianach nie występuje ani we współczesnych odmianach, ani nie zachowała się w kolekcji polskich form lokalnych (18). Kolejnym etapem badań było wykonanie oceny zmienności wewnątrz historycznych odmian (G1.9). Analiza obejmowała 24 pojedyncze rośliny z każdej odmiany. Analiza genetyczna wykorzystywała loci zlokalizowane między sekwencjami mikrosatelitarnymi ISSR. Uzyskane wyniki potwierdziły niewielką zmienność tej kolekcji. Może to wskazywać, że wyjściowa pula genowa występująca na terenie Polski w okresie przedwojennym była stosunkowo wąska lub że bezpowrotnie utracono znaczną część zmienności genetycznej historycznych odmian wskutek niezachowania się reszty odmian z tamtego okresu do naszych czasów. Historyczne odmiany charakteryzowały się pośrednią wartością zróżnicowania wewnętrznego było ono istotnie niższe niż u dołączonej do analizy polskiej formy lokalnej i istotnie wyższe niż u odmiany współczesnej. Wszystkie przebadane odmiany zachowały integralność genetyczną, co wskazuje na prawidłowe przeprowadzenie procedur w trakcie przechowywania i regeneracji nasion w banku genów. Równolegle prowadzone były prace dotyczące opracowania dla owsa metodyki pozwalającej na znaczne obniżenie kosztów wykonania analizy genetycznej przy użyciu markerów SSR, przy jednoczesnym zachowaniu ich kodominującego charakteru. Metodyka ta została włączona do monografii Oat, która ukazała się w 2017 roku w serii Methods in Molecular Biology (G1.12). Dzięki zastosowaniu starterów wydłużonych o uniwersalną sekwencję M13 i komplementarnych do niej wyznakowanych starterów M13, koszty analizy zostały istotnie obniżone. W tak zoptymalizowanej metodyce znakowane fluorochromami są jedynie 4 startery M13, a nie po jednym starterze z każdej pary SSR. Co więcej uniwersalne startery M13 mogą być wykorzystywane w analizie innych gatunków, a markery SSR, wykazujące wysoką specyficzność gatunkową, w klasycznej procedurze musza być każdorazowo syntetyzowane i znakowane od nowa. Oprócz opisu samej metodyki wykonania analizy w rozdziale został zmieszczony protokół analizy danych genetycznych pod kątem opisu struktury populacji i zróżnicowania genetycznego. Opisana metodyka została wykorzystana do analizy historycznych odmian owsa zwyczajnego, ale wyniki te nie zostały jeszcze opublikowane. 20

21 OWIES SZORSTKI (AVENA STRIGOSA SCHREB.) Podyma W, Boczkowska M, Wolko B, Dostatny DF, 2017, Morphological, isoenzymatic and ISSRs based description of diversity of eight sand oat (Avena strigosa Schreb.) landraces. Genetic Resources and Crop Evolution, 64: Owies szorstki (A. strigosa) jest drugim co do ważności z czterech uprawnych gatunków owsa. Ten diploidalny owies pochodzi z rejonu Półwyspu Iberyjskiego, gdzie najprawdopodobniej wyewoluował i został udomowiony (19-21). W pozostałej części Europy jest on definiowany jako archeofit antropogeniczny, gdyż nie występuje na stanowiskach naturalnych lub półnaturalnych. Jego przetrwanie zależy od człowieka pojawia się jedynie wraz z materiałem siewnym innych zbóż jako zanieczyszczenie - chwast (22). W celu wstępnej oceny zróżnicowania w obrębie tego gatunku wykorzystano wyniki opisu morfologicznego i polimorfizmu izoenzymów oraz wyniki analizy genetycznej (ISSR) dla ośmiu form lokalnych pochodzących z Argentyny, Bułgarii, Francji, Hiszpanii, Polski, Ukrainy i Urugwaju. Każdy obiekt reprezentowany był przez 24 pojedyncze rośliny zamiast prób zbiorczych i dzięki temu możliwe było oszacowanie zmienności genetycznej również wewnątrz obiektów. Formy owsa szorstkiego charakteryzowały się zbliżoną wartością współczynnika zróżnicowania do wcześniej opisywanych form lokalnych owsa zwyczajnego. Akcesje pochodzące z Ameryki Południowej wykazywały wyższą wartość zmienności genetycznej od tych pochodzących z Europy co może mieć związek z innym sposobem użytkowania owsa szorstkiego w tamtym rejonie świata jako międzyplon, zielonkę lub do wypasu bydła, a nie na ziarno. Największą odrębność genetyczną wykazywała forma pochodząca z Francji. Analiza polimorfizmu izoenzymów miała zbyt niską rozdzielczość, aby wykryć różnice między wszystkimi akcesjami. Ogólna analiza Prokrusta łącząca wszystkie otrzymane wyniki wykazała obecność dwóch grup. Akcesje pochodzące z południowo zachodniej Europy wykazywały odrębność genetyczną od pozostałych obiektów. Należ zaznaczyć, że jest to pierwsza praca opisująca zmienność genetyczną w obrębie form lokalnych owsa szorstkiego. ZASOBY GENETYCZNE RODZAJU AVENA Boczkowska M, Podyma W, Łapiński B, 2016, Oat, w Singh, M. & Upadhyaya, H. (ed.) Genetic and Genomic Resources for Grain Cereals Improvement. Elsevier Academic Press, Kilkuletnia praca z polskimi zasobami genowymi owsa zaowocowała zaproszeniem do przygotowania rozdziału w monografii opisującej obecny stan wiedzy na temat zasobów genowych zbóż. Rozdział ten zawiera informację o pochodzeniu, taksonomii, zasięgu występowania, wielkości i strukturze światowej kolekcji rodzaju Avena, potencjale hodowlanym poszczególnych gatunków a także o erozji genetycznej występującej na stanowiskach naturalnych. PSZENICA ZWYCZAJNA (TRITICUM AESTIVUM L.) Góral T, Stuper-Szablewska K, Buśko M, Boczkowska M, Walentyn-Góral D, Wiśniewska H, Perkowski J, 2015, Relationships between Genetic Diversity and Fusarium Toxin Profiles of Winter Wheat Cultivars. Plant Pathology Journal, 31: W pracy podjęto tematykę odporności odmian pszenicy zwyczajnej (Triticum aestivum L.) na porażenie Fusarium culmorum oraz zwartości mikotoksyn w ziarnie. Trzydzieści 21

22 zarejestrowanych w Polsce odmian przeanalizowano pod względem podatności na naturalne porażenie grzybami z rodzaju Fusarium, jak i sztuczne inokulowanie zarodnikami F. culmorum. Określono również skład i zawartość mikotoksyn w zianie. Przy pomocy markerów ISSR wykonano analizę podobieństwa genetycznego badanych odmian. Analizowane odmiany pszenicy wykazywały różną odporność na infekcje kłosa i ziarna oraz na rozprzestrzenianie się Fusarium w obrębie kłosa (typ IIodporności). W próbkach z poletek inokulowanych F. culmorum obecne były jedynie trichoteceny B (deoksyniwalenol, 3-acetyldeooksyniwalenol i niwalenol). Natomiast w próbkach kontrolnych wykryto trichoteceny grup A (toksyna H-2, toksyna T-2, tetraol T-2, triol T-2, scirpentriol, diacetoksyscirpenol) i B. Wyniki analizy molekularnej poddane zostały analizie grupowania hierarchicznego i analizie głównych współrzędnych (PCoA). Dystans genetyczny między badanymi odmianami mieścił się w przedziale od 0,06 do 0,78. W badanym materiale zidentyfikowano obecność trzech głównych grup odmian, w tym jednej z wyraźnie zaznaczoną strukturą niższego rzędu. Dalsza część analizy obejmowała zestawienie macierzy dystansu genetycznego z macierzami różnic odporności i zawartości mikotoksyn w nasionach. Test Mantel a wykazał istotną, wysoką korelację między dystansem genetycznym, a różnicą w zawartości mikotoksyn w próbkach inokulowanych F. culmorum. Niska korelacja występowała natomiast w zestawieniu wyników analizy genetycznej z koncentracją trichotecenów w materiałach naturalnie infekowanych i z odpornością na fuzariozę kłosów. Wyniki tych badań wskazywały na potencjał markerów ISSR w mapowaniu odporności na fuzariozę kłosów. ANALIZA FUNKCJI GENÓW KODUJĄCYCH DEHYDROGENAZĘ CYTOKININOWĄ (CKX) Zalewski W, Gasparis S, Boczkowska M, Rajchel IK, Kała M, Orczyk W, Nadolska-Orczyk A, 2014, Expression patterns of HvCKX genes indicate their role in growth and reproductive development of barley. PloS ONE, doi: /journal.pone Inny nurt moich badań dotyczył genomiki funkcjonalnej i określenia roli genów kodujących dehydrogenazy cytokininowe CKX na cechy plonotwórcze u pszenicy i jęczmienia. Dehydrogenaza cytokininowa ma kluczowe znaczenie w regulacji poziomu cytokinin w tkankach roślinnych poprzez ich nieodwracalną degradację. Enzym ten kodowany jest przez rodzinę genów, a jej liczebność zależy od gatunku. Ekspresja poszczególnych genów CKX jest tkankowo specyficzna i ulega zmianom w trakcie ontogenezy (23). Szczegółowa analiza profili ekspresji wybranych genów HvCKX i TaCKX sugeruje, że pełnią one określone funkcje w poszczególnych tkankach w trakcie rozwoju rośliny (24-27). Barierą uniemożliwiającą określenie szczegółowej charakterystyki ich biologicznej funkcji jest brak mutantów typu knock-out. Celem prezentowanych badań była weryfikacja hipotezy, że poprzez szczegółową analizę profilu ekspresji pięciu genów HvCKX w różnych organach lub tkankach jęczmienia i w połączeniu z analizą efektów ich wyciszenia techniką interferencyjnego RNA (RNAi) możliwe jest wnioskowanie o funkcji poszczególnych genów. Analiza bioinformatyczna dostępnych sekwencji genów CKX wykazała u jęczmienia obecność jedenastu genów HvCKX. Sekwencje te zawierały od jednego do pięciu intronów. Białka kodowane przez geny HvCKX zawierały dwie silnie zakonserwowane domeny FAD 22

23 i domenę wiążącą cytokininy, które są specyficzne dla genów kodujących dehydrogenazę cytokininową. Wyciszenie genów HvCKX1, HvCKX9, HvCKX4 i HvCKX11 spowodowało spadek ich ekspresji w rozwijających się ziarniakach w porównaniu z roślinami typu dzikiego. Gen HvCKX5 ulegał ekspresji głównie w liściach. Efektem fenotypowym wyciszenia HvCKX1 i HvCKX9 była wyższa produktywność roślin manifestująca się większą liczbą ziaren i kłosów. Efekt wyciszenia był stabilny przez 4 pokolenia. Siewki pokolenia T 1 z wyciszonym genem HvCKX1 wykazywały również większą masę korzeni w porównaniu z roślinami typu dzikiego, ale fenotyp ten nie ujawniał się w kolejnych pokoleniach. Wyciszenie genu HvCKX9 manifestowało się w pokoleniu T 1 wzrostem wysokości roślin w porównaniu z kontrolą, ale efekt ten również nie utrzymywał się w kolejnych pokoleniach. Brak utrwalenia efektu fenotypowego w kolejnych pokoleniach mógł wynikać z kompensacji wyciszenia tych genów przez zmianę ekspresji innych genów współuczestniczących w regulacji procesów rozwojowych. Badania genów TaCKX, występujących u pszenicy, dotyczyły ustalenia związku między ekspresją poszczególnych genów a cechami plonotwórczymi. Analiza bioinformatyczna wykazała, że tak samo jak u jęczmienia, u pszenicy zidentyfikowano dotychczas 11 genów z rodziny TaCKX. Porównanie sekwencji poszczególnych genów z bazą danych NCBI wykazała silne zakonserwowanie ich sekwencji w rodzinie Poaceae. Na podstawie sekwencji ułożonych kontigów o numerze akcesyjnym HG jednoznacznie wynika, że TaCKX1 i TaCKX2 są położone na chromosomie 3B. Sekwencje tych genów znajdują się również w homeologicznych genomach A i D. Zaobserwowano, że w odmianach pszenicy występuje zróżnicowanie w poziomie ekspresji tych genów. Interesujące jest, że zmienny jest również genom z którego ekspresji ulega gen - w odmianie Ostka Smolicka ekspresji ulegają geny TaCKX2 zlokalizowane na chromosomie 3A i 3B, natomiast w odmianie Brawura ekspresji ulega tylko gen położony na chromosomie 3A. Podobna zmienność dotyczy również genu TaCKX1 - w przypadku odmiany Ostka Smolicka ekspresji ulegają dwa geny, najprawdopodobniej pochodzące z różnych homeologicznych genomów, a w przypadku odmiany Brawura ekspresji ulega tylko jeden z nich. Analiza poziomu ekspresji genów TaCKX i cech plonotwórczych wskazuje na wysokie prawdopodobieństwo istnienia związku pomiędzy poziomem transkrypcji genów ulegających wysokiej ekspresji w rozwijających się ziarniakach i produktywnością roślin. Poziom ekspresji genów TaCKX może być również powiązany ze stężeniem cytokinin. Wyniki tych badań nie zostały jeszcze opublikowane, ale były prezentowane na międzynarodowych konferencjach (C1.8; C1.9; C2.5 i C2.8 Załącznik 7). OPIS STANU WIEDZY NA TEMAT KOMPLEKSU TELOMEROWEGO U ROŚLIN Boczkowska M, Puchalski J, 2012, Telomery i telomeraza w komórkach roślinnych, Kosmos, 61: Moje zainteresowania naukowe dotyczyły także roli kompleksu telomerowego w procesach starzenia nasion. Efektem tego było przygotowanie pracy przeglądowej dotyczącej kompleksu telomerowego u roślin. Omówiono w niej budowę kompleksu, jego funkcje i przesłanki wskazujące na jego udział w procesach starzenia się komórek 23