Streszczenie:
W ostatnim czasie dużą wagę przywiązuje się do badań nad systemem korzeniowym, którego rola w formowaniu plonu ziemniaka jest stosunkowo słabo poznana. Ziemniak należy do roślin o płytkim systemie korzeniowym, a główna masa korzeni skoncentrowana jest w warstwie gleby 30-40 cm. Jednak niektóre korzenie mogą osiągać długość do 10-20 km/ m2 powierzchni gleby. Różnice w wielkości systemu korzeniowego ziemniaka zarysowują się najbardziej w początkowej fazie kwitnienia roślin, czyli wcześniej niż różnice dotyczące części nadziemnej rośliny (Iwama 2008). Wiele badań potwierdza korelację między wielkością systemu korzeniowego ziemniaka a odpornością na suszę. Przyjmując jako kryterium odporności masę korzeni w warstwie ornej i plon bulw w Japonii wyhodowano odmiany Konyu, które charakteryzowały się znacznie większą odpornością na suszę niż odmiany komercyjne (Iwama 2008). Należy podkreślić, że badania nad systemem korzeniowym są bardzo czaso- i pracochłonne, dlatego poszukuje się prostszych metod pozwalających określić różnice w wielkości i morfologii systemu korzeniowego np. w początkowym etapie rozwoju roślin, kiedy system korzeniowy nie jest jeszcze mocno rozbudowany.
Do interesujących białek, które mogą być zaangażowane w mechanizm tolerancji na oba niekorzystne czynniki środowiska należą akwaporyny. Białka te tworzą kanały w wewnętrznych i zewnętrznych błonach komórkowych i są odpowiedzialne za regulację potencjału wodnego komórek (Johansson i in. 2000). Oprócz funkcji w selektywnym transporcie wody, akwaporyny uczestniczą w przemieszczaniu gazów, m.in. CO2 i H2O2, jak i niektórych pierwiastków takich jak bor i krzem (Maurel 2007). Stąd, białka te mają znaczący wpływ na szereg różnorodnych procesów fizjologicznych roślin, takich jak: asymilacja węgla w procesie fotosyntezy, kiełkowanie i wzrost zalążków, zawiązywanie korzeni bocznych oraz utrzymanie homeostazy komórek i tkanek w warunkach stresowych.
Dane literaturowe wskazują, że budowa anatomiczna liści jest ściśle związana z aktywnością fotosyntetyczną roślin (Xiao i in. 2016; Berghuijs i in. 2017; Bilska-Kos i in. 2018), a wyniki z analizy parametrów anatomicznych mogą wskazać elementy mechanizmu adaptacji roślin do warunków różnych rodzajów stresu. Stąd, charakterystyka liści ziemniaka pod kątem wybranych parametrów budowy anatomicznej pomoże określić poziom tolerancji/wrażliwości na suszę i wysoką temperaturę badanych genotypów.
Oczekujemy, że podjęte badania umożliwią wytypowanie wskaźników fizjologicznych i/lub markerów biochemicznych i molekularnych umożliwiających selekcję nowych genotypów ziemniaka o zwiększonym poziomie tolerancyjności obu tych stresów środowiskowych działających jednocześnie, a tym samym do wydania ekonomicznie uzasadnionego plonu w warunkach występującej suszy glebowej i wysokiej temperatury.
Cel:
Celem proponowanych badań jest poznanie mechanizmów strukturalnych i funkcjonalnych odpowiedzialnych za zdolność roślin do tolerowania suszy glebowej i wysokiej temperatury. Założony cel badań będzie realizowany poprzez:
- określenie zmian morfologiczno-fizjologicznych roślin (części nadziemnej i podziemnej) pod wpływem badanych stresów
- określenie zmian strukturalnych liścia związanych z tolerancją/wrażliwością na suszę i wysoką temperaturę u badanych genotypów ziemniaka
- zlokalizowanie akwaporyn, białek odpowiedzialnych za regulację potencjału wodnego komórek i uczestniczących w odpowiedzi roślin ziemniaka na badane stresy abiotyczne
- przebadanie roli ABA w indukcji szlaków sygnałowych i zmian w proteomie ziemniaka indukowanych łącznym działaniem suszy i wysokiej temperatury
- wytypowanie markerów białkowych odpowiedzialnych za tolerancyjność na suszę glebową i wysoką temperaturę
- określenie dynamiki ekspresji genów związanych z tolerancyjnością na stresy abiotyczne
- weryfikacja opracowanych markerów i wskaźników tolerancyjności na wysoką temperaturę i suszę