Biotehnologija in vitro – gajene, lekovite i ugrožene biljne vrste #173015

Projekat obuhvata sledeće istraživačke zadatke kojima je zajedničko korišćenje tehnika gajenja in vitro:

Morfogeneza in vitro: Istraživanja regeneracije i multiplikacije izdanaka, rizogeneze, somatske embriogeneze i androgeneze vrše se na Allium schoenoprassum, Frittilaria meleagris, Iris reichenbachii, Arabidopsis thaliana, Pinus peuce, Pinus heldreichii i gajenim vrstama: pšenici, žutom zvezdanu i kupusima. Uspostavljaju se protokoli za precizno razdvajanje i definisanje različitih puteva organogeneze i zaokružuju histološkim i citološkim analizama. Istražuje se efekat GA3 na regenerativni kapacitet spanaća i grananje žutog zvezdana. Svetlosna i skening elektronska mikroskopija i in situ hibridizacija se koriste za proučavanje interakcije GA3 sa ostalim hormonima i praćenje ekspresije transkripata gena za GA 20 oksidazu, KNOX/STM gena i LAS ortologa. Na listovima duvana istražuje se senescencija i apoptoza.

Genetičke transformacije: Za genetičke transformacije pomoću Agrobacterium vektora koriste se plazmidi sa genima za: rezistenciju na herbicid glufosinat amonium (bar gen), toleranciju na stres (NPK1 gen) i insekte (proteinazni inhibitori) i CKX (citokinin-oksidazni) geni. Osim razrade protokola transformacije prati se ekspresija i nasleđivanje transgena (PCR, RT-PCR, southern blotting), а regeneranti se testiraju.

Sekundarni metabolizam: Produkcija sekundarnih metabolita (SМ) prati se u odnosu na različite nutritivne faktore, аbiotičke i biotičke elicitore i uslove in vitro gajenja kod lekovitih i farmakološki značajnih vrsta: Gentiana, Centaurium, Hypericum, Aesculus, Iris i Ocimum. Identifikacija i karakterizacija SM vrši se pomoću HPLC i drugih analitičkih metoda. Uzgoj u bioreaktorima planiran je za A. rhizogenes transgene klonove vrsta koje SM akumuliraju u korenima.

Hiperakumulacija teških metala (HTM): Istražuje se sposobnost vrsta roda Alyssum da akumuliraju visoke količine teških metala koje su inače toksične za ostale biljne vrste. Osim obligatne HTM vrste (A. markrafii), fakultativne vrste (A. murale) prati se i endemoreliktni A. moelendorfianum sa dolomitnih podloga. Sadržaj teških metala u tkivu se određuje ICP spektrometrijom, а prisustvo različitih molekularnih formi oksidativnih enzima (Per, Cat, PO, SOD) еlektroforezom na PAA gelovima.

Reakcija biljaka na uslove stresa: Povećana stres tolerancija indukovana prisustvom NPK1 gena se istražuje kod krompira, spanaća i više varijeteta kupusa. Аktivnost Per, Cat i SOD enzima prati se kod biljaka krompira tretiranih salicilnom kiselinom tokom temperaturnog i sušnog stresa. Efekti ova dva tipa stresa prate se i na proteine stresa: dehidrina i heat shock proteina metodama molekularne biologije.

Tropistički pokreti: Sposobnost krompira da vrši fototropske i gravitropske pokrete prati se kod in vitro gajenih biljaka u različitim svetlosnim uslovima. Istraživanja obuhvataju analizu spektralne zavisnosti, pragova nadražaja, reverzibilnost, interakcije i cirkadijalnu regulaciju izazvanu smenama perioda svetlosti i mraka.


Fiziološka, hemijska i molekularna analiza diverziteta odabranih retkih i ugroženih biljnih vrsta i upotreba biotehnologije u cilju ex situ zaštite i produkcije biološki aktivnih jedinjenja #173024

Balkansko poluostrvo predstavlja jedan od glavnih centara biodiverziteta u Evropi i odlikuje se velikim brojem endemičnih rodova i vrsta biljaka. Postoji potreba za razvijanjem novih i unapređenjem postojećih metoda zaštite retkih i ugroženih biljnih vrsta sa ovog područja i za intenziviranjem istraživanja koja bi omogućila racionalno upravljanje biljnim resursima, njihovo plansko i kontrolisano iskorišćavanje, kao i očuvanje prirodnih staništa. Kao rešenje dela ovog problema, projekat predlaže stvaranje ex situ strategija zaštite za odabrane retke i/ili ugrožene biljne vrste. Istraživanja u okviru projekta podrazumevaju utvrđivanje genetičkog diverziteta u postojećim populacijama biljnih vrsta analizom molekularnih i fitohemijskih markera, kao i uspostavljanje i održavanje kolekcija germplazme (semena i/ili in vitro kultura), u kojima je održana genetička varijabilnost ovih vrsta.

S obzirom da retke i/ili ugrožene biljne vrste predstavljaju značajan izvor novih biološki aktivnih jedinjenja, one su predmet hemijske karakterizacije korišćenjem sofisticiranih analitičkih metoda. Kombinovanjem prednosti biotehnoloških metoda i saznanja o hemijskom sastavu odabranih biljnih vrsta, ispituje se mogućnost komercijalizacije visokoproduktivnih genotipova i traže alternativni načini produkcije biološki aktivnih jedinjenja. Izolacija i karakterizacija gena i enzima koji su uključeni u metabolizam odabranih jedinjenja mogu dati značajan doprinos rasvetljavanju nedovoljno poznatih biosintetskih puteva, ali i omogućiti proizvodnju jedinjenja od interesa u heterologim domaćinima.

Retke biljne vrste su u svom geografskom rasprostranjenju, bar delimično, ograničene faktorima spoljašnje sredine, kako abiotičkim, tako i biotičkim. Projekat uključuje istraživanja sa ciljem rasvetljavanja mehanizama koji stoje iza tolerantnosti biljaka na stres izazvan sredinskim faktorima, a koja mogu, u velikoj meri, objasniti ekološki diverzitet


Karakterizacija i primena metabolita gljiva i utvrđivanje potencijala novih biofungicida #173032

Objekat predloženih istraživanja su različite vrste mikromiceta i makromiceta, zbog njihovog velikog diverziteta i potencijalnog ekonomskog značaja. Gljive predstavljaju izvor brojnih strukturno različitih biološki aktivnih jedinjenja, posebna pažnja posvećena je istraživanju njihovih sekundarnih metabolita i primene u zaštiti zdravlja ljudi i životinja i spoljašnje sredine.

Odabrane lekovite i aromatične biljne vrste poreklom iz Srbije i regiona takođe objekat istaživanja u Mikološkoj laboratoriji IBISS-a, u cilju dobijanja preparata prirodnog porekla za kontrolu i suzbijanje različitih bolesti. Brojni sekundarni metaboliti gljiva pokazuju antibakterijsku, antifungalnu, antioksidativnu, antikancerogenu, imunostimulativnu i druge aktivnosti. Skrining antimikrobne, antioksidativne, antitumorske, citotoksične i imunomodulirajuće aktivnosti etanolnih i vodenih ekstrakata micelije i plodonosnih tela odabranih vrsta gljiva, sekundarnih metabolita odabranih biljnih vrsta, kao i novosintetisanih jedinjenja vrši se primenom savremenih metoda.

Usled opštih oboljenja, disbalansa u ishrani i smanjenja brige o higijeni usta i zuba, dolazi do smanjenja oralne homeostaze i razvoja različitih stomatoloških oboljenja. S obzirom na pojavu rezistentnosti mikroorganizama na postojeće sintetičke antimikrobne preparate postoji potreba za pronalaženjem novih antimikrobnih agenasa. Istraživanja u okviru ovog projekta usmerena su ka korišćenju biljaka i gljiva kao novih potencijalnih izvora antimikrobnih agenasa koji mogu imati oralnu primenu.

Zbog prisustva velike količine zagađivača životne sredine, kao što su poljoprivredni otpad, policiklični aromatični ugljovodonici, polihlorovani bifenili i industrijske boje, jedinjenja sa izraženim kancerogenim i mutagenim dejstvom, predviđeno je ispitivanje enzimskih sistema odabranih vrsta gljiva, pre svega vrsta izazivača bele truleži, kao i njihovog potencijala za biodegradaciju hemijski stabilnih organskih polutanata


Razvoj i primena biotehnoloških postupaka u dobijanju zdravog sadnog materijala ukrasnih biljaka #TR31019

Projekаt se odnosi nа rаzvoj sаvremenih biotehnoloških metodа u proizvodnji ukrаsnih biljаkа. Pored klаsičnih istrаživаnjа kojа se odnose nа proučаvаnje morfogeneze in vitro, rаdiće se trаnsformаcijа Agrobacterium vektorimа u cilju dobijаnjа biljаkа sа poboljšаnim osobinаmа, а posebnа pаžnjа će biti posvećenа rаzvoju metodа kriobiologije. Proučаvаće se nutritivni, hormonаlni, svetlosni i temperаturni fаktori morfogeneze in vitro, u cilju efikаsnije regenerаcije.

Ovim istrаživаnjimа bi se stаndаrdizovаli protokoli zа mikropropаgаciju kod Chrysanthemum morifolium Ramat., Impatiens sp., Iris spp. i Viola spp., као i somatsku embriogenezu u kulturi Allium spp. i Iris spp. U proizvodnji ukrаsnih biljаkа veliki problem predstаvljа pojаvа rаzličitih virusnih oboljenjа. Iz tih rаzlogа, u ovom projektu posebnа pаžnjа će biti posvećenа primeni metodа kriobiologije i genetičkih trаnsformаcijа u cilju dobijаnjа zdrаvih biljаkа. Kаko virusne infekcije kod biljаkа povećаvаju respirаciju i oksidаtivni stres, u okviru ovog projektа rаdiće se nа rаsvetljаvаnju mehаnizmа indukovаne otpornosti biljаkа nа delovаnje fаktorа ovog tipа biotskog stresа.

Pored metodа posvećenih upostаvljаnju in vitro kulturа, koristiće se i biohemijske, citološke, imunološke tehnike, kаo i tehnike molekulаrne biologije. Rаzvoj metodа zа regenerаciju, genetičku trаnsformаciju, krioprezervаciju, kаo i proučаvаnje stresа i drugih fizioloških procesа doprineće usаvršаvаnju protokolа zа dobijаnje zdrаvog sаdnog mаterijаlа ukrаsnih biljаkа.


Razvoj i primena proteinskih markera u odabiru sorti krompira otpornih prema visokim temperaturama #TR31049

Stres izazvan visokim temperaturama (eng. heat stress - HS) smatra se jednim od najvažnijih faktora koji ograničavaju prinos kulturnih biljaka. Kao rezultat globalnog zagrevanja u narednih 30 godina predviđa se pad prinosa krompira od 10-26% za region jugoistočne Evrope, uključujući Srbiju, koji bi se mogao svesti na 5-11% korišćenjem HS-tolerantnih sorti. Istraživanja u okviru predloženog projekta podrazumevaju razvoj i primenu proteinskih markera koji bi omogućili efikasan i brz odabir sorti krompira prema otpornosti na HS. Naš projekat u tu svrhu predlaže korišćenje proteina stresa povezanih sa HS tolerancijom biljaka i temperaturno-nestabilnih proteina koji uslovljavaju osetljivost biljaka prema visokim temperaturama. Rezultati kvantitativne analize predloženih proteinskih markera će biti korelisani sa morfometrijskim parametrima i parametrima prinosa za svaki od ispitivanih sorti korišćenjem odabranih statističkih metoda. Naša očekivanja su da predloženi projekt omogućiti razvoj biotehnološkog postupka za skrining većeg broja genotipova prema otpornosti na HS i ukazati na HS tolerantne sorte krompira koje bi bile pogodne za gajenje u Srbiji u izmenjenim klimatskim uslovima.


Projekat integralnih i interdisciplinarnih istraživanja (III46007) "Novi autohtoni izolati bakterija Lysobacter i Pseudomonas kao važan izvor metabolita korisnih za biotehnologiju, stimulaciju rasta biljaka i kontrolu bolesti bilja: od izolata do preparata."


Plant Terpenoids for Human Health: a chemical and genomic approach to identify and produce bioactive compounds (Acronym: TerpMed)

Plant secondary metabolites are an important source of therapeutic drugs or drug leads. The advent of genomic and metabolomic technologies has now made it possible to bring the field of plant natural products into the 21st century and replace serendipitous and haphazard finding by rational design and discovery.This proposal is devoted to plant terpenes, the largest and most diverse group of plant natural products. TERPMED will focus on sesquiterpene lactones and phenolic diterpenes because of the presence of distinct functional groups and their high potential as novel human drugs for treating cancer and neurological disorders.
By using a combination of comparative metabolomics and genomics, significant advances will be achieved in the understanding of the biosynthetic pathways of these compounds. Focusing on specific functional groups such as γ-butyrolactones and phenolics amongst the terpenes will allow the development of high-throughput analytical methodologies to detect, purify and characterize compounds bearing these groups. A comprehensive library of these compounds within a subset of plant biodiversity will be established. The compounds isolated will be tested for biological activity and the most active molecules will be selected. High throughput cDNA sequencing coupled to the comparative analysis of the metabolic profiles of targeted species will be achieved for the elucidation of the biosynthetic pathways of these compounds. Innovative production platforms using plant secretory organs such as the trichomes will be tested for the pilot production of the most promising compounds identified and the production of novel compounds by combinatorial biosynthesis.