UMO-2019/35/B/NZ9/00323 w ramach konkursu „OPUS 18”

Głównym celem projektu jest uzyskanie nowego systemu ochrony roślin przed patogenami w wyniku wzmocnienia dwóch natywnych cech chitozanu: aktywności antygrzybowej oraz zdolności do indukowania odpowiedzi immunologicznej w roślinach. Cel ten będzie osiągnięty dzięki wprowadzeniu do komórek patogena i do komórek rośliny nanocząstek chitozanu (ChNPs) sprzężonych z dwuniciowym RNA (dsRNA) zaprojektowanych tak, aby indukowane procesy RNAi wywołały zamierzony skutek eliminacji patogena i wzmocnienia reakcji odporności rośliny.

Projekt bazuje na trzech hipotezach: (1) Chitozan aktywuje geny i procesy warunkujące odporność nabytą rośliny. (2) Słaba aktywność antygrzybowa chitozanu zostanie wzmocniona w wyniku asocjacji ChNPs z cząsteczkami dsRNA zaprojektowanymi tak, aby zachodziła ukierunkowana degradacja wybranych transkryptów patogena. Asocjacja dsRNA z ChNPs poprawi stabilność cząsteczek dsRNA oraz ułatwi ich wprowadzenie do komórek patogena i komórek rośliny. (3) Końcowa efektywność ochrony rośliny przez dsRNA-ChNPs będzie efektem antygrzybowej aktywności chitozanu, jego zdolności do indukowania odporności nabytej oraz procesów RNAi aktywowanych przez dsRNA. W kolejnych pakietach badawczych zaplanowano: analizę transkryptomu jęczmienia i transkryptomu Fusarium graminearum (Fg) traktowanych chitozanem. Pozwoli to identyfikować geny specyficznie regulowane w każdym z tych organizmów pod wpływem chitozanu i na tej podstawie wnioskować o genach i procesach warunkujących antygrzybową aktywność chitozanu oraz genach i procesach odpowiedzialnych za indukowanie odporności nabytej w roślinie. W kolejnych etapach zaplanowano (1) szczegółową charakterystykę chitozanu uzyskanego z różnych źródeł, (2) uzyskanie nanocząstek chitozanu (ChNPs) oraz kompleksów dsRNA-ChNPs a także (3) fizykochemiczną charakterystykę uzyskanych kompleksów. Badania fizykochemiczne preparatów chitozanu, uzyskanie i analiza ChNPs wykonane będzie we współpracy z zespołem profesora Marka Piątkowskiego na Politechnice Krakowskiej. W etapie ostatnim zostanie zaprojektowany i zbudowany system dsRNA-ChNPs, który zakładamy, że będzie specyficznie hamował patogenezę Fusarium oraz wzmacniał odporność nabytą rośliny. Szczegółowe parametry kompleksów dsRNA-ChNPs będą ustalane z użyciem genów reporterowych w komórkach Fusarium i komórkach jęczmienia. Eksperymenty z użyciem tych genów pozwolą również ocenić stabilność dsRNA-ChNPs w warunkach podobnych do warunków polowych. Efektem projektu będzie (i) weryfikacja hipotez badawczych, (ii) nowa wiedza o genach i procesach indukowanych w Fg i w jęczmieniu po traktowaniu chitozanem, (iii) szczegółowe procedury syntezy ChNPs oraz budowania kompleksów dsRNA-ChNPs, (iv) szczegółowa fizykochemiczna charakterystyka chitozanu, ChNPs i kompleksów dsRNA-ChNPs. 

Należy podkreślić, że obydwa komponenty proponowanego systemu ochrony roślin tj. dsRNA oraz ChNPs są biodegradowalne nie powodują żadnego zanieczyszczenie środowiska. Co więcej, chitozan i otrzymane z niego produkty maja długa historię bezpiecznego użycia w medycynie i rolnictwie w tym również rolnictwie ekologicznym. Długoletnie doświadczenie wnioskodawcy (IHAR-PIB) w wykorzystaniu RNAi do celów genomiki funkcjonalnej roślin oraz doświadczenie zespołu profesora M. Piątkowskiego (Politechnika Krakowska) w badaniach chitozanu są komplementarne w osiągnieciu kluczowych celów tego projektu. Strategia będąca efektem tego projektu może być łatwo adaptowana do innych roślin i innych patogenów szczególnie tam, gdzie nie są znane inne skuteczne środki ochrony roślin.