Streszczenie:
W ramach projektu „Badania ekspresji i genetyczna charakterystyka odporności na bakterie Dickeya solani w wyróżnionych źródłach odporności w ziemniaku na poziomie diploidalnym” (finansowanego przez Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi, w ramach Postępu Biologicznego w latach 2014-2019, Zadanie nr 56) zmapowaliśmy loci cech ilościowych (QTL, ang. quantitative trait loci) odporności bulw ziemniaka na bakterie D. solani, poznaliśmy różnice w ekspresji białek w formach rodzicielskich populacji ziemniaka diploidalnego na wczesnym etapie infekcji. Mapowanie QTL wskazuje na związek pomiędzy zmiennością genetyczną a fenotypową analizowanych cech, ale nie jest źródłem informacji molekularnych podstawach odporności. W obecnym projekcie planujemy wykorzystać nowe narzędzia molekularne do poszerzenia wiedzy o podłożu genomicznym odporności ziemniaka na D. solani. Projekt obejmuje ocenę zróżnicowana ekspresji genów w bulwach w trzech fazach procesu patogenezy przy wykorzystaniu technologii sekwencjonowania nowej generacji oraz metod RT-PCR i RT-qPCR. Materiałem badawczym będą formy rodzicielskie oraz potomne, wyselekcjonowane z populacji ziemniaka diploidalnego, o ekstremalnie niskiej lub wysokiej odporności na D. solani. Ponadto proponujemy wykonać badania dotyczące związku pomiędzy zawartością glikoalkaloidów w bulwach a odpornością na bakterie D. solani oraz poznanie wpływu ekstraktu z glikoalkaloidami z liści różnych roślin rodzaju Solanum na wzrost i czynniki wirulencji bakterii D. solani. Harmonogram obejmuje także badania nad wpływem czynników biotycznych i abiotycznych na gnicie/zdolność przechowywania bulw ziemniaka. Proponowane badania są zgodne z „Priorytetami w hodowli roślin uprawnych w Polsce”.
Cel projektu:
- (a) badanie molekularnych uwarunkowań uszkodzenia bulw na skutek zranienia oraz zranienia plus zakażenia przez bakterie D. solani, w bulwach, we wczesnej fazie t.j. 8 h po inokulacji,
- (b) badanie zawartości glikoalkaloidów w ekstraktach z liści w wybranych genotypach rodzaju Solanum,
- (c) badanie zawartości glikoalkaloidów w bulwach skrajnie podatnych i skrajnie odpornych na bakterie D. solani genotypów populacji mapującej DS-13,
- (d) badanie wpływu glikoalkaloidów w ekstraktach z liści roślin genotypów ziemniaka diploidalnego na wzrost bakterii D. solani i P. brasiliense sp. nov.,
- (e) badanie możliwości określenia zdolności przechowalniczej bulw ziemniaka i porażenia przez patogeny ziemniaka powodujące choroby przechowalnicze na podstawie testu przechowywania wybranej próby bulw w warunkach prowokacyjnych do rozwoju patogenów.
W 2021 r. wykonano następujące tematy badawcze:
(a) Ocena ekspresji genów kodujących białka różnicowe zidentyfikowane w bulwach form rodzicielskich populacji mapującej 8 h po inokulacji bakteriami D. solani.
Po oznaczeniu ekspresji genów kodujących inhibitory metalokarboksypeptydazy (M0ZJ50, M1D4V9), inhibitory proteaz (P08454, P01080), glutaredoksynę (B3F8F4) i oksydazę katecholową (M1BMR6),
w bulwach odpornych i podatnych na bakterie D. solani genotypów z populacji mapującej we wczesnej fazie infekcji, t.j. 8 h po zakażeniu, nie potwierdzono istotnego związku tych genów z odpornością bulw na porażenie bakteriami D. solani. Istotnie różny poziom ekspresji genów w stosunku do nietraktowanej kontroli stwierdzono w bulwach niewielu badanych genotypów.
(b) Analiza jakościowa i ilościowa glikoalkaloidów w ekstraktach z liści w wybranych genotypach rodzaju Solanum
Najwyższą zawartością GLA charakteryzują się dzikie gatunki ziemniaka. Najbardziej złożony skład oznaczono w liściach S. garsiae: α-chaconinę, α-solaninę, α-solamarginę, α-solasoninę, leptyninę I
i leptyninę II. W odmianach ziemniaka uprawnego i diploidalnych genotypach, zawartość GLA była zależna od badanego genotypu. Wysoka zawartość GLA nie była bezpośrednio związana ze składem rozpoznanych glikoalkalodów (np. Tajfun). Stwierdzono, że α-solanina razem z α-chakoniną stanowiły od 64 % (S. garsiae) do 100 % (Tajfun, Owacja, S. maglia) wszystkich rozpoznanych glikoalkaloidów.
(c) Analiza ilościowa glikoalkaloidów w bulwach genotypów populacji mapującej DS-13, skrajnie podatnych i skrajnie odpornych na bakterie D. solani.
Zawartość całkowitych GLA w bulwach wybranych genotypów populacji DS-13 była różna i wahała się od 0,26 do 1,76 mg∙g-1 tkanki. Trzy z pięciu mieszańców o niskiej odporności na infekcję D. solani charakteryzowały się niską zawartością GLA (DS-22, DS-90 oraz DS-34) podczas gdy tylko jeden z genotypów odpornych na D. solani zawierał dużo GLA 1,48 mg∙g-1 (DS-107). Wyniki nie wskazują jednoznacznie na istotne powiązanie zawartości GLA w bulwach z odpornością na D. solani.
(d) Ocena wpływu glikoalkaloidów w ekstraktach z liści roślin genotypów ziemniaka na wzrost bakterii D. solani i P. brasiliense sp. nov.
Wpływ GLA na wzrost bakterii zależy od genotypu i zastosowanej pożywki oraz jest wielokierunkowy. Obserwuje się zarówno jego zahamowanie (np. Tajfun, DG 00-683) jak i stymulację (np. Irys). Zaobserwowano również, że podczas izolacji glikoalkaloidów metodą Andreau i in. (2001) uzyskana frakcja glikoalklaoidów posiadała lekkie zabarwienie zielone, co świadczy o pozostałościach chlorofilu we frakcji co mogło wpływać na nieprawidłowy odczyt danych. Z tego względu konieczna jest weryfikacja uzyskanych danych wzrostu bakterii na glikoalklaoidach wyizolowanych inną metodą, która pozwala na pozbycie się pozostałości chlorofilu.
(e) Analiza zdolności przechowalniczej bulw ziemniaka i porażenia przez patogeny ziemniaka powodujące choroby przechowalnicze. I rok badań.
W warunkach ciepłego i suchego lata obserwowano silne porażenie odmian ziemniaka parchem zwykłym i ospowatością bulw. Sporadycznie obserwowano porażenie bakteriami pektynolitycznymi wywołującymi mokrą zgniliznę i porażenie zarazą ziemniaka. W bulwach przechowywanych w warunkach hot-box’u obserwowano występowanie suchej zgnilizny i sporadycznie objawów mokrej zgnilizny. Bulwy testowanych odmian zostaną ocenione wizualnie po okresie przechowywania. Badania w toku.