Udział tlenku azotu w strategii ofensywnej patogenu Phytophthora

Projekt
rozprawy doktorskiej zgłoszony w Trybie II i planowany do realizacji
w ramach studiów doktoranckich w latach 2015 - 2019
na Wydziale Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
(w języku polskim lub angielskim)
A. Informacje ogólne
1. Wnioskodawca (kierownik projektu): Magdalena Arasimowicz-Jelonek
2. Tytuł projektu: Udział tlenku azotu w strategii ofensywnej patogenu Phytophthora infestans
względem ziemniaka
3. Obszar tematyczny (por. Regulamin): (d) biologia na poziomie tkanek, narządów i organizmów
4. Pomocnicze określenia identyfikujące tematykę projektu (por. Regulamin): biologia i fizjologia
organizmu, biochemia
5. Dyscyplina naukowa (właściwą podkreślić): biologia, ekologia, biochemia, biotechnologia, ochrona
środowiska
6. Streszczenie projektu (maksymalnie 250 słów; streszczenie zostanie zamieszczone na stronie internetowej
Wydziału Biologii w celu zapoznania się z projektem potencjalnych kandydatów na studia doktoranckie):
W interakcji roślina – patogen decydującą rolę odgrywa szybkość i intensywność uruchamianych reakcji
przez obu adwersarzy. W inicjowaniu, koordynowaniu i przekazie informacji o zaistniałym zagrożeniu
szczególnie istotną rolę odgrywają endogenne molekuły sygnałowe, do których należy m.in. tlenek
azotu (NO). Dobrze udokumentowano, że generowanie NO przez roślinę w odpowiedzi na atak
patogenicznego mikroorganizmu, odbywa się już w pierwszych minutach po rozpoznaniu patogenu i ma
charakter lokalnego wybuchu NO stymulującego dalszą sekwencję zdarzeń obronnych. Istnieją
przesłanki, pozwalające przypuszczać, iż patogeniczne mikroorganizmy również nabyły zdolność
syntezy NO i mogły wykorzystać tę cząsteczkę jako skuteczną broń, dzięki której zdołały opanować
organizm rośliny-gospodarza. Wobec powyższego nadrzędnym celem przedstawianego projektu jest
uzyskanie odpowiedzi na pytanie, czy i na ile NO może stanowić element strategii ofensywnej
patogenu, a na ile element regulatorowy zdarzeń rozwojowych. Przyjęto, że cel ten zostanie osiągnięty
poprzez realizację celów szczegółowych służących wyjaśnieniu: (1) dróg syntezy NO, (2)
mechanizmów unieczynnienia nadmiaru NO oraz (3) wyjaśnieniu modyfikacji funkcjonalnej tej molekuły
w ważnej i wyjątkowej pod względem biologicznym grupie patogenicznych mikroorganizmów roślinnych
należących do typu Oomycota (królestwo Chromista).
Wyniki uzyskane w ramach niniejszego projektu zapewne zweryfikują postawioną w projekcie hipotezę
roboczą, która zakłada, iż NO i/lub zdarzenia metaboliczne zależne od NO biorą udział w regulacji
stopnia patogeniczności i rozwoju P. infestans, co będzie stanowić jednocześnie element nowości w
poznaniu funkcjonalnej roli NO w patogenicznych mikroorganizmach roślinnych.
1
B. Informacje o wnioskodawcy (kierowniku projektu) i finansowaniu
1. Imię i nazwisko kierownika: Magdalena Arasimowicz-Jelonek
2. Dorobek naukowy:
a) Lista 5 - 10 najważniejszych publikacji/patentów z okresu ostatnich 5 lat z podaniem IF i
punktów MNiSW:
1. Arasimowicz-Jelonek M., Floryszak-Wieczorek J., Deckert J., Rucińska-Sobkowiak R., Gzyl J., PawlakSprada S., Abramowski D., Jelonek T., Gwóźdź E.A. 2012. Nitric oxide implication in cadmium induced
programmed cell death in roots and signaling response of yellow lupine plants. Plant Physiology and
Biochemistry, 58, 124-134.
(IF: 2.352; 35 pkt. MNiSW)
2. Floryszak-Weczorek J., Arasimowicz-Jelonek M., Milczarek G., Janus Ł., Pawlak-Sprada S., Abramowski D.,
Deckert J., Billert H. 2012. Nitric oxide-mediated stress imprint in potato as an effect of exposure to a priming
agent. Molecular Plant Microbe Interaction, 25, 1469 – 1477.
(IF: 4.455; 40 pkt. MNiSW)
3. Arasimowicz-Jelonek M., Kosmala A., Janus Ł., Abramowski D., Floryszak-Wieczorek J. 2013. The proteome
response of potato leaves to priming agents and S-nitrosoglutathione. Plant Science, 198, 83-90.
(IF: 4,114; 35 pkt. MNiSW)
4. Arasimowicz-Jelonek M., Floryszak-Wieczorek J., Gzyl J., Chmielowska-Bąk J. 2013. Homocysteine overaccumulation as the effect of potato leaves exposure to biotic stress. Plant Physiology and Biochemistry,63,
177 - 184.
(IF: 2.352; 35 pkt. MNiSW)
5. Janus Ł., Milczarek G., Arasimowicz-Jelonek M., Abramowski D., Billert H., Floryszak-Wieczorek J. 2013.
Normoergic NO-dependent changes, triggered by a SAR inducer in potato, create more potent defense
responses to Phytophthora infestans. Plant Science, 211, 23-34
(IF: 4,114; 35 pkt. MNiSW)
6. Kubiś J., Floryszak-Wieczorek J., Arasimowicz-Jelonek M. 2014. Polyamines induce adaptive responses in
water deficit stressed cucumber roots. Journal of Plant Research, 127:151-158
(IF: 2.507; 30 pkt. MNiSW)
7. Bagniewska-Zadworna A., Arasimowicz-Jelonek M., Smolinski DJ, Stelmasik A. 2014. New insights into
pioneer root xylem development: evidence obtained from Populus trichocarpa plants grown under field
conditions. Annals of Botany, 13,1235-1247
(IF: 3,295; 40 pkt. MNiSW)
8. Izbiańska K., Arasimowicz-Jelonek M., Deckert J. 2014. Phenylpropanoid pathway metabolites promote
tolerance response of lupine roots to lead stress. Ecotoxicology and Environmental Safety, 110, 61-67.
(IF: 2.482; 30 pkt. MNiSW)
9. Arasimowicz-Jelonek M., Floryszak-Wieczorek J., Drzewiecka K., Chmielowska-Bąk J., Abramowski D.,
Izbiańska K. 2014. Aluminum induces cross-resistance of potato to Phytophthora infestans. Planta, 239, 679694
(IF: 3,376; 40 pkt. MNiSW)
10. Arasimowicz-Jelonek M., Floryszak-Wieczorek J. 2014. Nitric oxide: an effective weapon of the plant or the
pathogen? Molecular Plant Pathology, 15, 406-416
(IF: 4,485; 40 pkt. MNiSW)
2
b) Informacje o liczbie cytowań (bez autocytowań) oraz indeksie H:
Indeks Hirscha (h-index) wg bazy Web of Science (WoS): 10,0
Liczba cytowań wszystkich publikacji wg bazy Web of Science (WoS): 418
Bez samocytowań wg bazy Web of Science (WoS): 398
3. Środki finansowe zaplanowane w projektach naukowych wyłanianych w drodze konkursów
ogólnokrajowych i międzynarodowych (wskazać źródło finansowania, nr grantu, nr umowy, okres i
miejsce realizacji, charakter udziału w projekcie oraz kwotę środków zapewnionych w projekcie):
a) Wskazać aktualnie realizowane projekty, które zawierają zadania badawcze właściwe dla
projektu doktorskiego i wyodrębnione na ten cel środki finansowe:
Projekt NCN UMO-2014/13/B/NZ/02177 (2015-2018)
b) Wskazać wysokość, okres i formę (stypendium, umowa o dzieło , umowa o pracę) środków
przeznaczonych na bezpośrednie miesięczne zabezpieczenie finansowe doktoranta:
Stypendium, 1500 zł, 36 miesięcy
4. Oświadczenie kierownika
a) Wyrażam zgodę na zamieszczenie moich danych osobowych wymienionych we wniosku oraz
streszczenia niniejszego projektu na stronie internetowej Wydziału Biologii.
b) Oświadczam, że powyższe informacje są prawdziwe, kompletne, rzetelne oraz zostały
przekazane zgodnie z moją najlepszą wiedzą i przy zachowaniu należytej staranności.
Miejscowość i data
podpis kierownika projektu
3
C. Opis projektu
(maksymalnie 1 strona opisu; czcionka Arial 11, interlinia 1,5 wiersza)
W toku przemian ewolucyjnych patogeny rozwinęły wiele strategii inwazyjnych, na co organizm
gospodarza odpowiedział szerokim wachlarzem reakcji obronnych z udziałem endogennych molekuł
sygnałowych, do których zaliczamy m.in. tlenku azotu (NO). Istnieją przesłanki, pozwalające przypuszczać,
iż patogeniczne mikroorganizmy również nabyły zdolność syntezy NO i mogły wykorzystać tę cząsteczkę
jako skuteczną broń, dzięki której zdołały opanować organizm rośliny-gospodarza. Wobec powyższego
nadrzędnym celem przedstawianego projektu jest uzyskanie odpowiedzi na pytanie, czy i na ile NO może
stanowić element strategii ofensywnej patogenu, a na ile element regulatorowy zdarzeń rozwojowych.
Przyjęto, że cel ten zostanie osiągnięty poprzez realizację celów szczegółowych służących wyjaśnieniu:
dróg syntezy NO, mechanizmów unieczynnienia nadmiaru NO oraz wyjaśnieniu modyfikacji funkcjonalnej
tej molekuły w ważnej i wyjątkowej pod względem biologicznym grupie patogenicznych mikroorganizmów
roślinnych należących do typu Oomycota (królestwo Chromista).
Planowane doświadczenia zamierza się prowadzić na gatunku modelowym dla Oomycota tj.
Phytophthora infestans (Mont.) de Bary, wykorzystując dwa izolaty różniące się stopniem wirulencji wobec
odmiany ziemniaka (Solanum tuberosum L.) ‘Sarpo Mira’. Co istotne, planowane eksperymenty będą
prowadzone zarówno w fazie saprofitycznej mikroorganizmu oraz in planta. W pierwszym etapie badań
planuje się detekcję oraz monitorowanie poziomu NO i innych reaktywnych form azotu (RFA) u P.
infestans, przy wykorzystaniu wysoce precyzyjnych technik pomiarowych dających obraz generowania
RFA w czasie rzeczywistym. Ponadto w oparciu o podejście farmakologiczne planuje się zweryfikować
potencjalne źródła syntezy NO, tak na poziomie aktywności enzymatycznej, jak i ekspresji genów
kodujących białka zaangażowane w jego syntezę (NR, NiR, NOS). Kolejnym istotnym etapem
przedstawianego projektu będzie zatem poznanie funkcjonalnych białkowych celów NO w strukturach
morfologicznych P. infestans, co zostanie osiągnięte za pomocą technik podstawienia biotytowego,
immunodetekcji i spektrometrii mas MALDI-TOF. Ponieważ patogeny z jednej strony potencjalnie
produkują NO, a z drugiej strony narażone są na wysokie stężenia NO pochodzące od zaatakowanej
rośliny, kolejne eksperymenty mają odpowiedzieć na pytanie - czy i w jakim stopniu P. infestans dysponuje
mechanizmem zabezpieczającym agresora przed stresem nitrozatywnym. W tym celu, do indukcji stresu
nitozatywnego zamierza się wykorzystać egzogenne źródła RFA, a następnie planuje się wyznaczyć tzw.
próg tolerancji względem RFA oceniany ich wpływem na wzrost i zarodnikowanie P. infestans.
Otrzymane wyniki, jak się spodziewamy, zweryfikują postawioną w projekcie hipotezę badawczą
zakładającą, iż NO i/lub zdarzenia metaboliczne zależne od NO biorą udział w regulacji stopnia
patogeniczności i rozwoju P. infestans, co będzie stanowić jednocześnie element nowości w poznaniu
funkcjonalnej roli NO w patogenicznych mikroorganizmach roślinnych. Ponadto uzyskana wiedza
dotycząca NO syntetyzowanego przez patogen pozwoli na pełne zrozumienie roli tej cząsteczki w interakcji
z rośliną gospodarzem.
4