Nowe publikacje
Diverse and mobile: eccDNA-based identification of carrotlow-copy-number LTR retrotransposons active in calluscultures
Kwolek K., Kezdzierska P., Hankiewicz M., Mirouze M., Panaud O., Grzebelus D., Macko-Podgorni A.
The Plant Journal (2022)
DOI: 10.1111/tpj.15773
Autor korespondencyjny, e-mail:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/tpj.15773
Streszczenie:
W czasopiśmie "the Plant Journal" ukazała się praca zespołu pod kierunkiem dr Alicji Macko-Podgórni pt. "Diverse and mobile: eccDNA-based identification of carrot low-copy-number LTR retrotransposons active in callus cultures". Autorzy przedstawili w niej globalną charakterystykę retrotranspozonów LTR rezydujących w genomie marchwi, ale przede wszystkim wykazali, że pewne rodziny z tej grupy ruchomych elementów genetycznych ulegały mobilizacji w długoterminowych kulturach kalusa. Autorzy przedstawili szczegółową dokumentację procesu transpozycji dla dwóch elementów z nadrodziny DcAle, nazwanych Alex1 i Alex3, obejmującą (1) obecność transkryptów tych elementów, (2) tworzenie pozachromosomowego kolistego DNA (ang. extrachromosomal circular DNA; eccDNA) w wyniku cyrkularyzacji nowych kopii powstałych po odwrotnej transkrypcji oraz (3) skutecznej integracji nowych kopii z genomem, co skutkowało pojawieniem się nowych wariantów strukturalnych w rejonach okołogenowych.
Quantitative Trait Loci for Resistance to Potato Dry Rot Caused by Fusarium sambucinum
Sobkowiak S., Janiszewska M., Stefańnczyk E., Wasilewicz-Flis I., Śliwka J.
Agronomy (2022), 12: 203
DOI: doi.org/10.3390/agronomy12010203
Autor korespondencyjny, e-mail:
Streszczenie:
W swojej najnowszej pracy, pracownicy Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – Państwowego Instytutu Badawczego (IHAR-PIB) zidentyfikowali nowe źródła odporności na suchą zgniliznę bulw powodowaną przez Fusarium sambucinum. Zmapowali także loci cech ilościowych warunkujących tę cechę w dwóch populacja ziemniaka diploidalnego. Sucha zgnilizna bulw ziemniaka może powodować straty sięgające nawet 60% plonu. Co więcej, bulwy ziemniaka zainfekowane przez Fusarium spp. mogą być skażone mykotoksynami produkowanymi przez tę grupę grzybów, szkodliwymi dla konsumentów. Choroba ta zyskuje na znaczeniu przy nasilających się zmianach klimatu i anomaliach klimatycznych, które mogą utrudniać prawidłowy zbiór bulw ziemniaka.
Polisacharydy ścian komórkowych roślin
Polecamy prace przeglądowe o polisacharydach ścian komórkowych roślin opublikowane w ostatnich latach przez naukowców z Zakładu Mikrostruktury i Mechaniki Biomateriałów (MMB) z Instytutu Agrofizyki im. B. Dobrzańskiego PAN w Lublinie.
Ściana komórkowa roślin jest dynamiczną i skomplikowaną macierzą zewnątrzkomórkową chroniącą komórkę przed czynnikami zewnętrznymi i biorącą czynny udział w procesie wzrostu. Poznanie struktury molekularnej poszczególnych komponentów polisacharydowych ściany komórkowej (pektyny, hemiceluloza, celuloza) stanowiących ponad 90% jej składu oraz wzajemnych interakcji w różnych warunkach jest kluczowe dla zrozumienia ich mechanicznych funkcji w ścianie oraz mechanizmów odpowiedzialnych za teksturę oraz jędrność owoców i warzyw. Wiedza ta umożliwia również wykorzystanie cennych zdolności strukturotwórczych polisacharydów w różnych systemach, np. kiedy chcemy je wykorzystywać w przemyśle spożywczym lub do tworzenia nowych bioproduktów. W poniższych pracach możemy się szczegółowo zapoznać z obecnym stanem wiedzy o strukturze i właściwościach pektyn, roli białek arabinogalaktanowych (AGP) w procesie dojrzewania owoców oraz z niektórymi metodami badawczymi do oceny struktury oraz interakcji.
Zdunek, A., Pieczywek, P. M., & Cybulska, J. (2021). The primary, secondary, and structures of higher levels of pectin polysaccharides. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 20(1), 1101–1117. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12689
Gawkowska, D., Cybulska, J., & Zdunek, A. (2018). Structure-related gelling of pectins and linking with other natural compounds: A review. Polymers, 10(7). https://doi.org/10.3390/polym10070762
Kaczmarska, A., Pieczywek, P. M., Cybulska, J., & Zdunek, A. (2021). Structure and functionality of Rhamnogalacturonan I in the cell wall and in solution: A review. In Carbohydrate Polymers (Vol. 278, p. 118909). Elsevier. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118909
Leszczuk, A., Kalaitzis, P., Blazakis, K. N., & Zdunek, A. (2020). The role of arabinogalactan proteins (AGPs) in fruit ripening—a review. In Horticulture Research (Vol. 7, Issue 1). Springer US. https://doi.org/10.1038/s41438-020-00397-8
Siemińska-Kuczer, A., Szymańska-Chargot, M., & Zdunek, A. (2022). Recent advances in interactions between polyphenols and plant cell wall polysaccharides as studied using an adsorption technique. Food Chemistry, 373, 131487. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.131487
Modeling wheat and triticale winter hardiness under current and predicted winter scenarios for Central Europe: A focus on deacclimation
Rapacz M., Macko-Podgórni A., Jurczyk B., Kuchar L.
Agricultural and Forest Meteorology (2022), 313: 108739
DOI: 10.1016/j.agrformet.2021.108739
Autor korespondencyjny, e-mail:
Streszczenie
Zimotrwałość zależy od zdolności roślin do tolerowania szerokiego spektrum stresów środowiskowych, na które zmiany klimatu mogą wpływać w złożony sposób. Opracowano empiryczne modele regresji przeżycia zimy (WS), metodą najmniejszych kwadratów (PLSS), dla pszenicy ozimej (Triticum aestivum L.) i pszenżyta (Triticosecale x Wittmack). Modele stworzono na podstawie danych z sześciu lat doświadczeń polowych w wielu lokalizacjach na terenie Polski. Obejmowały one 553 akcesje pszenicy ozimej i 155 akcesji pszenżyta. Cele pracy były następujące: 1) przewidywanie WS na podstawie danych meteorologicznych; 2) zidentyfikowanie najbardziej krytycznych zjawisk pogodowych wpływających na WS pszenicy ozimej i pszenżyta w warunkach Polski; 3) prognozowanie WS dla symulowanych zim w latach 2040, 2060 i 2080 w scenariuszach zmian klimatu RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 i RCP8.5 dla obiektu doświadczalnego o najniższym średnim wskaźniku WS podczas doświadczeń polowych. Modele empiryczne charakteryzowały się wysokim R2 dla pszenicy ozimej (0,751) i niskim R2 dla pszenżyta ozimego (0,160), ze względu na niewielkie uszkodzenia zimowe pszenżyta zaobserwowane podczas doświadczeń. Kluczowe czynniki klimatyczne wpływające na WS, różniły się w zależności od gatunku. Na pszenicę ozimą wpływały: surowość zimy, liczba cykli zamrażania i rozmrażania, indeks termicznej wegetacji oraz indeks zamarzania w różnych miesiącach zimowych. Na pszenżyto wpływały późnozimowe oblodzenia i duża liczba zamarznięć i rozmarznięć. Prognozy wskazywały, że WS zarówno pszenicy ozimej jak i pszenżyta, może w przyszłości ulec zmniejszeniu, zwłaszcza gdy uwzględni się bardziej ekstremalne scenariusze zmian klimatu. Głównym problemem będzie zimna deaklimatyzacja związana z ociepleniem klimatu, która będzie miała większe znaczenie dla WS niż ogólny wzrost minimalnych temperatur zimą. Tolerancja na deaklimatyzację powinna być włączona do programów hodowlanych pszenicy i pszenżyta jako cecha kluczowa dla WS podczas przyszłych zim, przynajmniej w Europie Środkowej.
Publikacje zamieszczone w 2021 r.
Chromosome-scale genome assembly provises insights into rye biology, evolution and agronomic potential
Rabanus-Wallace M.T., Hackauf B., Mascher M., Lux T., Wicker T. i inni
Nature Genetics (2021), 53: 564 - 573
DOI: 10.1038/s41588-021-00807-0
Autor korespondencyjny, e-mail:
Streszczenie
Żyto (Secale cereale L.) jest wyjątkowo odporną na warunki klimatyczne rośliną zbożową, szeroko wykorzystywaną do produkcji ulepszonych odmian pszenicy poprzez hybrydyzację introgresywną i posiadającą cały repertuar genów niezbędnych do prowadzenia hodowli hybrydowej. Żyto jest rośliną allogamiczną i dopiero od niedawna udomowioną, co sprawia, że żyto uprawne ma dostęp do zróżnicowanej i możliwej do wykorzystania puli dzikich genów. Aby jeszcze bardziej zwiększyć potencjał agronomiczny żyta, stworzyliśmy chromosomową kompilację 7,9-gigabazowego genomu żyta i poddaliśmy ją szczegółowej walidacji z wykorzystaniem zestawu molekularnych zasobów genetycznych. Prezentujemy zastosowania tego materiału w szerokim zakresie badań. Przedstawiamy wyniki badań nad niepełną izolacją genetyczną żyta uprawnego od dzikich krewniaków, mechanizmami ewolucji struktury genomu, odpornością na patogeny, tolerancją na niskie temperatury, systemami kontroli płodności w hodowli mieszańcowej oraz korzyściami plonowania płynącymi z introgresji żyta z pszenicą.
Influence of Genotype, Crop Management, and Environment on Winter Wheat Grain Yield Determination Based on Components of Yield
Jan Golba, Marcin Studnicki,* Dariusz Gozdowski, Wiesław Mądry, and Jan Rozbicki
Crop Science (2018), 58: 660 - 669
DOI: 10.2135/cropsci2017.07.0425
Autor korespondencyjny, e-mail:
Streszczenie
Celem badań było określenie udziału genotypu, środowiska i technologii uprawy oraz wpływu ich wzajemnych oddziaływań na zmienność plonu ziarna pszenicy i jego składowych. Badania prowadzono na 25 odmianach pszenicy ozimej (Triticum aestivum L.). Oceniano różnice w uwarunkowaniu plonu ziarna w dwóch różnych typach środowisk. Próby polowe przeprowadzono w ośmiu lokalizacjach w Polsce, podzielonych na dwie grupy: cztery lokalizacje z korzystnymi i cztery lokalizacje z niekorzystnymi warunkami glebowymi, w dwóch sezonach wegetacyjnych. Czynniki generujące zmienność wykorzystano do badania wpływu odmian, lokalizacji, lat i sposobu prowadzenia uprawy oraz wpływu ich oddziaływań na plon ziarna i jego składowe. Dane dla każdej z odmian analizowano za pomocą analizy ścieżek i analizy skupień w celu wyodrębnienia grup odmian o podobnych schematach plonowania, z wykorzystaniem trzech składowych plonu i wielkości plonu ziarna. Wyniki badań wykazały, że zaobserwowano istotny wpływ warunków uprawy na uwarunkowanie plonu ziarna, ale reaktywność jego składowych była różna w zależności od lokalizacji. Sprzyjające warunki glebowe powodowały jedynie zmienność liczby kłosów, natomiast w niekorzystnych warunkach glebowych większe nakłady przy intensywnym nawożeniu N powodowały zmianę liczby ziaren w kłosie. Wyniki badań wskazują, że wśród pszenicy chlebowej istnieją różne schematy tworzenia się plonu ziarna, które zależą przede wszystkim od genotypu i warunków uprawy.
Comparison of winter wheat NDVI data derived from Landsat 8 and active optical sensor at field scale
Dariusz Gozdowski, Michał Stępień, Ewa Panek,*, James Varghese, Elżbieta Bodecka, Jan Rozbicki, Stanisław Samborski
Remote Sensing Applications: Society and Environment (2020), 20: 100409
DOI: 10.1016/j.rsase.2020.100409
Autor korespondencyjny, e-mail:
Streszczenie
Wskaźnik znormalizowanej różnicy wegetacji (NDVI) jest powszechnie stosowany do oceny wegetacji w produkcji roślinnej. NDVI stosuje się między innymi do monitorowania stanu upraw i wigoru, prognozowania plonu i ustalania dawek nawozów azotowych. Obliczanie NDVI wymaga współczynnika odbicia w bliskiej podczerwieni (NIR) i paśmie fal czerwonych (RED). Dane te mogą być uzyskiwane z kilku źródeł, np. z czujników naziemnych, przy użyciu bez-załogowych urządzeń latających, czujników lotniczych i satelitarnych. Źródła te różnią się nie tylko rozdzielczością przestrzenną, ale również konstrukcją czujników i zakresem długości fali, przy których rejestrowany jest współczynnik odbicia NIR i RED. Istotną kwestią jest to, czy wartości NDVI pochodzące z tak różnych źródeł są porównywalne i czy podobnie mapują. Celem pracy była ocena zależności między NDVI pochodzącym z optycznego czujnika używanego w gospodarstwie oraz NDVI pochodzącym z satelity Landsat 8, na 7 polach pszenicy ozimej, reprezentujących różne regiony i gleby Polski. Zgodnie z wynikami tego badania, relacja pomiędzy NDVI z obu źródeł pokazuje, że mogą być one specyficzne dla danego pola i roku oraz różne dla dwóch sąsiednich pól w tym samym dniu. W związku z tym NDVI uzyskane ze źródeł naziemnych i satelitarnych nie są bezpośrednio porównywalne, ale mapy NDVI sporządzone na podstawie tych źródeł są często podobne, nawet jeśli dane są pozyskiwane w zupełnie innych dniach. Opracowanie uniwersalnego równania dla konwersji naziemnych danych NDVI na satelitarne NDVI lub na odwrót, jest nadal otwartą kwestią.
Transcriptome analysis of Xanthomonas fragariae in strawberry leaves
Puławska J., Kałużna M., Warabieda W., Pothier J.F., Gétaz M., van der Wolf J.M.
Scientific Reports (2020) 10:20582
DOI: 10.1038/s41598-020-77612-y
Streszczenie
Bakteria Xanthomonas fragariae, wywołująca kanciastą plamistość liści truskawki, powoduje straty w uprawie truskawki na całym świecie. Chociaż X. fragariae jest ważnym patogenem, wiedza na temat molekularnych aspektów jego patogeniczności jest bardzo ograniczona. Celem badań było kompleksowe zrozumienia mechanizmu oddziaływania bakterii z rośliną żywicielską oraz rozpoznanie czynników wirulencji bakterii biorących udział w procesie infekcji i rozwoju choroby. Wykonano analizy porównawcze transkryptomów bakterii na podłożu mikrobiologicznym i w roślinach truskawki techniką RNAseq. Profile ekspresji genów bakterii rosnących na pożywce oraz in planta były bardzo zróżnicowane. Ponad połowa genów w genomie bakteryjnym miała odmienną ekspresję w tych dwóch badanych środowiskach. Interesujący jest fakt, że wśród genów o zróżnicowanej ekspresji zlokalizowanych zarówno na chromosomie jak i na plazmidzie bakteryjnym, znajduje się wiele takich, które kodują białka o nieznanej funkcji, co może świadczyć o tym, że te nieznane białka odgrywają rolę w procesie patogeniczności.
Climate change impacts on plant pathogens and plant diseases
Journal of Crop Improvement (2014), Vol. 28 (1): 99 - 139
DOI: 10.1080/15427528.2014.865412
Autor korespondencyjny:
Streszczenie
W publikacji opisane są prognozy wpływu zmian klimatycznych na patogeny roślinne i wywoływane przez nie choroby, opracowane na bazie badań prowadzonych w różnych patosystemach. Oczekuje się, że przewidywane zmiany klimatyczne wpłyną na rozwój i przeżywalność patogenów oraz zmodyfikują podatność żywicieli, co spowoduje zmiany w oddziaływaniu chorób na uprawy. Skutki tych zmian klimatycznych mogą się różnić w zależności od patosystemu i regionu geograficznego. Zmianie mogą ulec warunki optymalne do infekcji, ale także specyficzność gospodarza i mechanizmy infekcji roślin. W artykule opisane są badania nad wpływem zmian temperatury, stężenia CO2 i ozonu, opadów i suszy na biologię patogenów oraz ich zdolność do infekowania roślin i przetrwania w środowisku. Zmieniające się warunki abiotyczne mogą również wpłynąć na mikroklimat otaczający rośliny oraz na ich podatność na infekcje. Oczekuje się, że te zmieniające się warunki będą oddziaływać na struktury mikrobiologiczne w glebie i łanach roślin, prawdopodobnie zmieniając obecnie obserwowane korzystne efekty mikroorganizmów. Zmianie mogą również ulec wzajemne interakcje pomiędzy patogenami i roślinami żywicielskimi co może dramatycznie zmienić skalę ekspresji choroby w danym patosystemie, geograficzne rozprzestrzenianie poszczególnych chorób roślin, a także znaczenie gospodarcze poszczególnych chorób w uprawach. Zmiany te będą miały wpływ na środki stosowane przez rolników w celu skutecznego zwalczania chorób. Autorzy opisują zmiany dotyczące patogenów i chorób roślin, które już wystąpiły, a także przedstawiają prognozy opracowane na podstawie badań w systemach modelowych.
Apple autotetraploids with enhanced resistance to apple scab (Venturia inaequalis) due to genome duplication-phenotypic and genetic evaluation
Podwyszyńska M., Markiewicz M., Broniarek-Niemiec A., Matysiak B., Marasek-Ciolakowska A.
International Journal of Molecular Sciences (2021), 22(2), 527.
Streszczenie
Jedną z najgroźniejszych chorób grzybowych jabłoni jest parch jabłoni, którego sprawcą jest Venturia inaequalis. Ochrona przed tą chorobą opiera się głównie na zabiegach chemicznych, które są obecnie bardzo ograniczone. Dlatego niezwykle ważne jest wprowadzenie odmian o zmniejszonej podatności na porażenie tym patogenem. Ważnym źródeł zmienności genetycznej w hodowli jest proces poliploidyzacji. Nowo uzyskane poliploidy mogą wykazywać nowe cechy, w tym zwiększoną odporność na choroby. W naszych wcześniejszych badaniach uzyskano wiele tetraploidów kilku odmian jabłoni, w tym tetraploidy ‘Free Redstar’ wykazujące zwiększoną odporność na parcha jabłoni. W prezentowanej pracy tetraploidy ‘Free Redstar’ oceniono pod kątem fenotypu i genotypu, ze szczególnym uwzględnieniem podłoża genetycznego ich zwiększonej odporności na parch jabłoni. W porównaniu z roślinami diploidalnymi, tetraploidy (rośliny własnokorzeniowe) charakteryzowały się słabym wzrostem, zwłaszcza w pierwszym sezonie wegetacyjnym. Miały znacznie krótsze pędy, mniej rozgałęzień, mniejszą średnicę pędów i liście o zmienionym kształcie. W przeciwieństwie do roślin własnokorzeniowych, u trzyletnich drzew szczepionych na podkładce M.9 nie obserwowano istotnych różnic między diploidami i tetraploidami, ani pod względem parametrów morfologicznych, ani fizjologicznych, z wyjątkiem zwiększonej grubości liści i zawartości chlorofilu, obserwowanych u tetraploidów. Siostrzane klony tetraploidalne różniły się istotnie kształtem liści i kilkoma parametrami fizjologicznymi. Analiza AFLP potwierdziła polimorfizm genetyczny klonów tetraploidalnych. Analiza MSAP wykazała, że poziom metylacji DNA był dwukrotnie wyższy u młodych roślin tetraploidalnych w porównaniu do diploidalnej odmiany macierzystej, co może wyjaśniać słabszy wigor neotetraploidów we wczesnym okresie ich wzrostu w fazie juwenilnej. Analiza molekularna wykazała, że odmiana ‘Free Redstar’ i jej tetraploidy posiadają sześć genów Rvi (Rvi5, Rvi6, Rvi8, Rvi11, Rvi14 i Rvi17). Badania transkryptomu dowiodły, że zwiększoną odporność tetraploidów ‘Free Redstar” na parcha jabłoni jest wynikiem znacznie zwiększonego u tych genotypów poziomu ekspresji genów związanych z opornością w porównaniu do diploidalnej odmiany macierzystej.
Micropropagation of tulip via somatic embryogenesis
Podwyszyńska M., Marasek-Ciolakowska A.
Agronomy (2020), 10(12): 1857
Streszczenie
Opracowano efektywną metodę regeneracji tulipanów na drodze embriogenezy somatycznj (SE). Eksplantaty, fragmenty pędu kwiatowego izolowane z ochłodzonych cebul inkubowano w ciemności na pożywce zmodyfikowanej MS, zawierającej same auksyny (2,4-D, NAA i pikloram) lub w połączeniu z tidiazuronem (TDZ). Kalus o ziarnistej strukturze tworzył się w obecności wszystkich auksyn na powierzchni cięcia eksplantatów pędowych z tkanek wiązek naczyniowych. Z kalusa o takiej strukturze wyprowadzono linie kalusów embriogennych. Dodanie TDZ do pożywki z auksynami silnie stymulowało tworzenie zarodków somatycznych. Cykliczną i intensywną proliferację kalusa embriogennego oraz tworzenie zarodków uzyskano w obecności 2,4-D i TDZ. Dodanie proliny korzystnie wpływało na proliferację kalusa oraz częstotliwość formowania zarodków. Zarodki najlepszej jakości, z liścieniami dłuższymi niż 10 mm, zdolne do tworzenia cebul uzyskano po zastąpieniu TDZ przez BAP w stężeniu 0,1 mg L-1. Analiza histologiczna wykazała, że kuliste zarodki tworzyły się przez podział komórek embriogennych zlokalizowanych na powierzchni kalusów. Zarodki rozwijały się w podłużne struktury posiadające liścienie z pasmem prokambium i bocznym merystemem wegetatywnym stolonu, formującym się na przeciwnym biegunie. Zarodki liścieniowe nie wykazywały połączeń naczyniowych z tkanką macierzystą. Nie obserwowano rozwoju korzeni zarodkowych.