Mechanizmy przejścia z fazy rozwoju wegetatywnego do rozwoju generatywnego u uprawnych gatunków ziemniaka. Funkcja białka StBBX20

Poznanie  funkcji białka StBBX20 oraz regulatora jego ekspresji w indukcji czasu kwitnienia i tuberyzacji ziemniaka uprawnego Solanum tuberosum L., odm. Desirée to główny cel projektu realizowanego przez dr hab. Agnieszkę Kiełbowicz-Matuk z Instytutu Genetyki Roślin Polskiej Akademii Nauk.

Tuberyzaja to czas od momentu indukcji tworzenia bulw do momentu, kiedy te bulwy osiągną pełną dojrzałość. Jest to okres decydujący dla potencjalnych plonów.

Jak tłumaczy dr hab. Agnieszka Kiełbowicz-Matuk, w przeciwieństwie do dzikich gatunków ziemianka, gdzie wiadomo, że długość dnia odgrywa kluczową rolę w mechanizmach zawiązywania bulw i indukcji kwitnienia, w przypadku gatunków uprawnych ziemniaka nie poznano dotychczas bezpośrednich induktorów kwitnienia i tuberyzacji. Nie została udowodniona również rola białek BBX w tych procesach.

Z naszych wstępnych badań wynika, że rośliny Solanum tuberosum uprawnego gatunku ziemniaka indukują kwitnienie już przy fotoperiodzie 14 godzinnym (14 godzin światła, 10 godzin ciemności). Natomiast, nie zaobserwowaliśmy istotnej zależności pomiędzy długością dnia a początkiem zawiązywania bulw. Mamy wstępne badania dotyczące funkcji białka StBBX20 i wiemy już, że jest ono związane z indukcją kwitnienia oraz inicjacją tworzenia bulw. Dlatego chcemy bardziej szczegółowo poznać mechanizmy tej indukcji – mówi dr hab. Kiełbowicz-Matuk – autorka licznych projektów naukowych oraz prac z zakresu biologii i fizjologii  molekularnej roślin.

Projekt uczonej ma na celu nie tylko poznanie funkcji białka StBBX20, ale również regulatorów jego ekspresji w indukcji kwitnienia i tuberyzacji, co pozwoli lepiej zrozumieć mechanizmy, za pomocą których kontrolowane są te procesy.

W realizowanym projekcie planujemy uzyskać odpowiedz na trzy pytania:

Po pierwsze, czy istnieją wspólne elementy w ścieżkach regulacyjnych procesu kwitnienia i tuberyzacji u uprawnych odmian ziemniaka? Po drugie, czy między szlakami sygnałowymi istnieje możliwość interakcji? Po trzecie, jaką rolę w tych procesach odgrywa białko StBBX20 oraz regulatory jego ekspresji? – opisuje uczona.

W celu uzyskania odpowiedzi na postawione pytania naukowcy planują wykonać analizę fenotypową roślin transgenicznych, zarówno tych z nadekspresją genu StBBX20 oraz tych z mutacją typu knockout dla genu StBBX20 otrzymanych przy wykorzystaniu systemu CRISPR/Cas9. Szczegółowe analizy roślin transgenicznych w porównaniu do roślin typu dzikiego będą uwzględniać m. in. czas indukcji kwitnienia i tuberyzacji oraz różnice w budowie i liczbie kwiatów oraz wielkości i ilości bulw. Dla wykazania białko StBBX20 reguluje ekspresję genów zaangażowanych w rozwój kwiatu i formowanie bulw, przeprowadzimy wysokoprzepustowe sekwencjonowanie transkryptomu roślin transgenicznych i typu dzikiego na rożnych etapach rozwoju i w różnych punktach czasowych fazy świetlnej. Ponadto, dla identyfikacji partnera białkowego, który oddziałuje z białkiem StBBX20 w kompleksie chromatynowym u ziemniaka uprawnego naukowcy zastosują technikę ChAP (ang. Chromatin Affinity Purification).

Mam nadzieję, że poznanie odpowiedzi na nurtujące nas pytanie pozwoli lepiej zrozumieć mechanizmy przejścia z fazy rozwoju wegetatywnego do generatywnego u uprawnych gatunków ziemniaka, jak również poznać funkcję białka StBBX20 oraz innych białek, które nie zostały do tej pory jeszcze poznane – konkluduje uczona

Projekt pt.: ”Funkcja białka jądrowego StBBX20 w regulacji czasu kwitnienia i tuberyzacji u ziemniaka uprawnego” realizowany jest w Zakładzie Biologii Stresów Środowiskowych (Zespół Regulacji Ekspresji Genów), w ramach grantu OPUS 15 Narodowego Centrum Nauki (2018/29/B/NZ9/01457).

Jadwiga Pasiut