Techniki molekularne w hodowli roślin, dr inż. Tomasz Warzecha

Newsletter WR-E, 2016/3
___________________________________________________________________________
Techniki molekularne w hodowli roślin
Od momentu rozpoczęcia pracy w Katedrze Hodowli Roślin i Nasiennictwa od 2002 r.,
dominującą dla mojej działalności naukowej tematyką badawczą była odporność roślin na
wybrane patogeny fakultatywne. Początkowo były to badania polegające na testowaniu
odporności wybranych gatunków na fuzariozy: jęczmień (Hordeum vulgare), pszenica
(Triticum aestivum), pszenżyto (xTriticale), owies (Avena sativa), rzodkiewnik pospolity
(Arabidopsis thaliana), rożnych genotypów (odmiany, linie DH, rody, mutanty i formy dzikie
A. thaliana) w stadium młodocianym (siewki) oraz w stadium kwitnienia. W badaniach tych
wykorzystywałem bezpośrednie metody oceny opierające się na wizualnych zmianach roślin
pod wypływem infekcji jak nekrozy, chlorozy, więdnięcia, oraz pomiarach biometrycznych.
Kolejnym istotnym zagadnieniem, które interesowało mnie w aspekcie odpornościowym były
zmiany parametrów biochemicznych i fizjologicznych roślin pod wypływem infekcji i próba
znalezienia zależności pomiędzy parametrami pochodzącymi z oceny bezpośredniej roślin
oraz parametrami biochemiczno-fizjologicznymi. Zainteresowania te zaowocowały
projektem badawczym, którym kierowałem w ramach grantu finansowanego przez NCN:
„Wykorzystanie markerów fizjologicznych oraz markerów DNA w poszukiwaniu form
jęczmienia (Hordeum vulgare L.) o podwyższonej odporności na infekcje Fusarium
culmorum”.
Poza badaniami odpornościowymi jęczmienia zajmowałem się również możliwością
wykorzystania heterozji w hodowli pszenżyta również w aspekcie odpornościowym. Udało
mi się wykazać iż linie cms pszenżyta z cytoplazmą T. timopheevi stosowaną w celu
otrzymania męskiej sterylności wykorzystywanej w hodowli heterozyjnej pszenżyta,
cechowały się większą podatnością siewek na Fusarium culmorum niż linie dopełniające z
cytoplazmą T. aestivum. Zwróciłem również uwagę, iż przy wytwarzaniu nasion
mieszańcowych pszenżyta z wykorzystaniem systemu cms-T. timopheevi należy zwracać
uwagę na podatność linii matecznych na Fusarium culmorum.
W współpracy z dr hab. Haliną Góral podjąłem również próbę przeniesienia genów
nieprzywracających płodności z sytemu cms-Pampa u żyta do systemu cms-T.timopheevi u
pszenżyta. Wyniki potwierdzają możliwość otrzymywania linii męskosterylnych pszenżyta
poprzez rekombinację dopełniających linii pszenżyta i żyta z dwóch różnych systemów
męskiej sterylności. Moje zainteresowania zjawiskiem heterozji u pszenżyta i wytworzeniem
systemów umożliwiających otrzymywanie nasion mieszańcowych zaowocowało projektem
grantu, w którym jestem wykonawcą. W 2016 roku projekt dostał akceptacje i jest
finansowany przez MRiRW w ramach programu Postęp Biologiczny w latach 2014-2020, tytuł
projektu: Genetyczne podłoże męskiej sterylności pszenżyta z różnymi cytoplazmami oraz
możliwość wykorzystania badanych cytoplazm do tworzenia systemów CMS u pszenicy.
Dzięki współpracy z prof. Abulem Mandalem i Noor Nahar z Uniwersytetu Skövde w
Szwecji zrodziła się tematyka badawcza dotycząca szeroko pojętej ochrony środowiska i
badań nad możliwością wykorzystania roślin w detoksykacji szkodliwych odpadów bądź
eliminacji szkodliwych dla człowieka związków występujących naturalnie w środowisku.
Badania miały na celu identyfikację genów odpowiedzialnych za pobieranie i degradację
arsenu w roślinach, oraz docelowo stworzenie nowych odmian roślin uprawnych np. ryżu o
_________________________________________________________________________
1
Katedra Hodowli Roślin i Nasiennictwa, e-mail: [email protected]
Newsletter WR-E, 2016/3
___________________________________________________________________________
nowych właściwościach. Wyniki te mogą być wykorzystane do wprowadzania badanych
genów (AtACR2, AtPCS1) do roślin gatunków uprawnych będących źródłem pożywienia w
krajach Azji Południowo-Wschodniej, gdzie występuje naturalne skażenie gleb arsenem.
Swoje zainteresowani technikami molekularnymi rozwijałem już w czasie studiów
doktoranckich, kiedy to w 1998 roku zostałem zakwalifikowany do udziału w podyplomowym
Międzynarodowym Kursie Biotechnologii Roślin i Mikroorganizmów, zorganizowanym przez
Uniwersytet Hebrajski w Jerozolimie oraz Izraelskie Ministerstwo Spraw Zagranicznych.
W czasie swojej pracy zawodowej odbyłem dwa staże. Jeden w Katedrze Hodowli Roślin i
Genetyki Uniwersytetu Cornell, Ithaca, USA. W czasie, którego brałem udział w realizacji
programu badawczego finansowanego prze National Science Fundation: „Różnorodność
genetyczna w procesie mejotycznej rekombinacji u roślin na przykładzie kukurydzy”. Projekt
badawczy realizowany był w Katedrze Hodowli Roślin i Genetyki Uniwersytetu Cornell.
Zajmowałem się amplifikacją i sekwencjonowaniem kluczowych genów zaangażowanych w
proces mejotycznej rekombinacji (m. in.: Spo, Mre, Rad, Brca, Dmc, Phs, Sgs, Msh, Mlh, Mus,
Pms). Ponadto z wykorzystaniem fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ FISH badałem
zmienności liczby chiazm w wybranych liniach wsobnych kukurydzy.
Zainteresowanie cytogenetycznymi technikami molekularnymi, które rozwijałem w
czasie stażu w Uniwersytecie Cornell, zaowocowały drugim stażem w Katedrze Anatomii i
Cytologii Roślin Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach oraz przygotowaniem projektu grantu
„Uzyskanie linii podwojonych haploidów owsa metodą krzyżowania oddalonego oraz
identyfikacja częściowych mieszańców”. Projekt w 2015 roku otrzymał finansowanie NCBiR i
obecnie jest realizowany w ramach konsorcjum. W projekcie tym Uniwersytet Rolniczy
wykonuje zadanie badawcze nr 3, którego jestem kierownikiem. Celem praktycznym
projektu jest uzyskiwania linii podwojonych haploidów owsa i identyfikacji częściowych
mieszańców owsa z kukurydzą z wykorzystaniem techniki PCR oraz genomowej hybrydyzacja
in situ – GISH (Fot. 1).
Fot. 1. Linia UR119. Kolor zielony – chromosom kukurydzy, kolor czerwony – 25SrDNA, kolor
niebieski chromosomy owsa
Moje plany badawcze na najbliższe dwa lata są związane z realizacją grantu NCBiR i
kolejnych etapów identyfikacji częściowych mieszańców, będzie to wykorzystanie techniki
hybrydyzacji in situ GISH (te prace trwają obecnie i będą kontynuowane w roku 2017 r.) oraz
_________________________________________________________________________
1
Katedra Hodowli Roślin i Nasiennictwa, e-mail: [email protected]
Newsletter WR-E, 2016/3
___________________________________________________________________________
zastosowanie markerów SSR w celu identyfikacji poszczególnych chromosomów kukurydzy i
próby określenia ich frekwencji w częściowych mieszańcach.
Autor: dr inż. Tomasz Warzecha1
_________________________________________________________________________
1
Katedra Hodowli Roślin i Nasiennictwa, e-mail: [email protected]