Zespół Biologii nasion ( )

Transkrypt

1 Renata Bogatek Agnieszka Gniazdowska Urszula Krasuska Anita Wiśniewska Doktoranci: Paulina Andryka Katarzyna Budnicka Joanna Olechowicz Katedra Fizjologii Roślin SGGW Zespół Biologii nasion ( ) Krystyna Oracz Dorota Sołtys Karolina Dębska Kamil Szafrański

2 Zespół Biologii nasion Tematyka badawcza: Sygnałowe funkcje lotnych substancji w regulacji spoczynku i kiełkowania nasion Mechanizmy fitotoksycznego oddziaływania związków allelopatycznych na kiełkowanie nasion oraz wzrost i rozwój siewek

3 Sygnałowe funkcje lotnych substancji w przełamywaniu spoczynku nasion Dobroczynny wpływ toksycznych gazów CO NO HCN nasiona jabłoni siewki jabłoni

4 W regulacji ustępowania spoczynku i kiełkowania nasion biorą udział, oprócz zespołu fitohormonów, cząsteczki sygnałowe o charakterze regulatorów wzrostu - HCN, NO HCN NO światło ABA etylen GA kiełkowanie Spoczynkowe nasiona Prawidłowe siewki Bogatek i Gniazdowska Acta Physiol. Plant. 28: 281 Gniazdowska i Bogatek Post. Biol. Kom. 34: 431

5 W regulacji ustępowania spoczynku i kiełkowania nasion biorą udział, oprócz zespołu fitohormonów, cząsteczki sygnałowe o charakterze regulatorów wzrostu - HCN, NO HCN ROS NO światło ABA etylen GA Spoczynkowe nasiona kiełkowanie reaktywne formy tlenu (ROS) są wtórnymi przekaźnikami sygnału cyjanowodoru Prawidłowe siewki Bogatek i Gniazdowska Acta Physiol. Plant. 28: 281 Gniazdowska i Bogatek Post. Biol. Kom. 34: 431

6 Hipotetyczny model regulacji ustępowania spoczynku nasion przy udziale HCN i NO HCN NO R O S m o d y f i k a c j e Synteza/degradacja hormonów (GA, ABA, ET) Hormonalne szlaki transdukcji sygnałów Struktura b i a ł e k Ustąpienie spoczynku nasion KIEŁKOWANIE NASION I WZROST SIEWKI

7 Oracz et al Plant Physiol. 150:449, Oracz et al J Exp. Bot. 59:2241 Molekularny mechanizm działania HCN i ROS w regulacji spoczynku i kiełkowania niełupek słonecznika Szlak transdukcji sygnału indukowany przez etylen ETR1 etylen ROS HCN CTR1 ETR2 ERS1 B I A Ł K A ERF1 Białka utlenione Białka regulujące kiełkowanie Degradacja białek zapasowych Aktywacja/dezaktywacja białek K i e ł k o w a n i e HCN powoduje modyfikacje szlaku etylenowego (głównie ERF1) oraz indukuje ekspresje genów kodujących enzymy związane z produkcją ROS, które powodują utlenienie wybranych białek w nasionach

8 Molekularny mechanizm działania HCN, NO w regulacji spoczynku i kiełkowania nasion jabłoni Szlak transdukcji sygnału indukowany przez etylen ETR1 CTR1 ETR2 etylen HCN NO ROS ERS1 B I A Ł K A ERF2 Białka utlenione Białka regulujące kiełkowanie Degradacja białek zapasowych Aktywacja/dezaktywacja białek K i e ł k o w a n i e HCN i NO stymulują produkcję etylenu i modyfikują szlak etylenowy (głównie ERF2) oraz powodują wzrost produkcji ROS i zwiększają ilości białek utlenionych w nasionach Szafrański et al. 2010, Dębska, Krasuska, Budnicka 2011, Andryka 2012

9 Molekularny mechanizm działania HCN, NO w regulacji spoczynku i kiełkowania nasion jabłoni Szlak transdukcji sygnału indukowany przez etylen ETR1 CTR1 ETR2 etylen HCN NO ROS ERS1 B I A Ł K A ERF2 Białka regulujące kiełkowanie Białka utlenione Degradacja białek zapasowych Białka nitrowane, nitrozylowane Aktywacja/dezaktywacja białek K i e ł k o w a n i e Szafrański et al. 2010, Dębska, Krasuska, Budnicka 2011, Andryka 2012

10 Perspektywy badanie zmian proteomicznych powodowanych przez HCN, NO i ROS w nasionach określenie współdziałania NO z poliaminami oraz giberelinami i kwasem abscysynowym w regulacji spoczynku i kiełkowania nasion * * * Udział RNS (NO) w regulacji różnych procesów fizjologicznych w roślinach: rola NO w fizjologii roślin mięsożernych, udział NO w stresie allelopatii.

11 Mechanizmy fitotoksycznego oddziaływania związków allopatycznych na kiełkowanie nasion oraz wzrost i rozwój siewek

12 Mechanizm działania związków allelopatycznych słonecznika w kiełkujących nasionach lipidy ETYLEN ABA białka O 2 H 2 O cukry Wzrost korzenia zarodkowego KONTROLA Kiełkowanie i wzrost siewki Bogatek et al Biol. Plant. 50:156, Kupidłowska et al J. Chem. Ecol. 32:2569 Bogatek i Gniazdowska Plant Signal. & Behav. 2:317, Oracz et al J. Chem. Ecol. 33:251

13 Mechanizm działania związków allelopatycznych słonecznika w kiełkujących nasionach ETYLEN O 2 H 2 O lipidy ABA białka allelozwiązki cukry Wzrost korzenia zarodkowego KONTROLA Kiełkowanie i wzrost siewki ETYLEN ROS lipidy ABA białka ALLELOPATIA Zahamowanie kiełkowania cukry Wzrost korzenia zarodkowego Bogatek et al Biol. Plant. 50:156, Kupidłowska et al J. Chem. Ecol. 32:2569 Bogatek i Gniazdowska Plant Signal. & Behav. 2: 317, Oracz et al J. Chem. Ecol. 33:252

14 Mechanizm fitotoksycznego oddziaływania cyjanamidu (CA) CA jest zwiazkiem allelopatycznym wydzielanym przez korzenie wyki kosmatej (Vicia villosa Roth sp. varia Host)

15 Fitotoksyczne oddziaływanie CA na wzrost korzeni siewek pomidora A B 2. 0 mm 1.6 mm, 1. 2 mm 0. 8 mm 1.4 mm 1 cm Kontrola 3 cm CA Sołtys et al Planta DOI /s y

16 Sołtys et al Planta DOI /s y, Sołtys et al Planta 234: 609 Mechanizm hamowania wzrostu korzeni przez cyjanamid zmniejszenie częstotliwości podziałów mitotycznych Zaburzenie przebiegu podziałów mitotycznych niekompletne podziały mitotyczne kontrola CA skrócenie wierzchołka wzrostu Zahamowanie wzrostu elongacyjnego Zmiany bilansu hormonalnego zahamowanie ekspresji ekspansyn \\\\ obniżenie zawartości ekspansyn w ścianie komórkowej wzrost produkcji etylenu akumulacja auksyn (ponad optymalna)

17 Perspektywy Mechanizm fitotoksycznego oddziaływania m-tyrozyny (niebiałkowego aminokwasu), wydzielanej jako związek allelopatyczny przez korzenie kostrzew meta-tyrozyna Badania na poziomie fizjologicznym, biochemicznym, molekularnym (transkryptomika, proteomika, metabolomika) Badania będą realizowane w kooperacji z prof. Leslie Weston (Charles Sturt University, Waga-Waga, Australia) Olechowicz 2012

18 Upowszechnienie wyników badań zespołu Biologii nasion Opublikowaliśmy 43 prace naukowe w tym: 23 oryginalne prace twórcze (w czasopismach z impact factor), 12 przeglądowych artykułów naukowych, 8 rozdziałów w monografiach (m.in. PWN Fizjologia roślin sadowniczych strefy umiarkowanej, CAB International The Biology of Seeds, 2003; 2011, Willey-Blackwell Publishing Annual Plant Reviews Ethylene, 2012), 1 redakcja podręcznika akademickiego ( Plant Biochemistry, 2009, wyd. Studium Press, USA), ponad 50 streszczeń konferencyjnych

19 Badania wykonano dzięki dotacjom uzyskanym w ramach realizacji projektów badawczych Projekty badawcze zagraniczne: udział w realizacji projektu w ramach 5-ego Programu Ramowego UE WECOF koordynacja i realizacja projektu w ramach International Research Network Projekty badawcze KBN/NCN i inne: 2 projekty autorskie KBN/NCN 3 projekty promotorskie KBN/NCN 6 grantów finansowanych przez Rektora SGGW 1 dotacja Marszałka Województwa Mazowieckiego (ZPORR).

20 Wyróżnienia zespołu Biologii nasion Prace opublikowane przez Zespół dwukrotnie znalazły się wśród 10 najlepszych doniesień zrealizowanych w latach i w polskich pracowniach, wybieranych przez Kapitułę Polskiego Towarzystwa Biologii Eksperymentalnej Roślin Wyróżnienia (5) na międzynarodowych konferencjach krajowych i zagranicznych Wielokrotne nagrody przyznane przez J. M. Rektora SGGW

21 Zadziwiający zbieg okoliczności - powrót do korzeni r. Maria Bielińska Wpływ sublimatu, wody utlenionej i wody bromowej na kiełkowanie nasion grochu - praca magisterska Promotor prof. Michał Korczewski Roztwory trujące o silnych koncentracjach, ale działające krótko na nasiona grochu, nie działają szkodliwie; przeciwnie - wpływ roztworów jest dodatni, pobudzający proces kiełkowania.